Investigação Geotécnica das Argilas Moles de Rio Grande, Rio Grande do Sul

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1 Investigação Geotécnica das Argilas Moles de Rio Grande, Rio Grande do Sul Celso Luís da Silva Pedreira FURG/UCPEL, Rio Grande e Pelotas, RS, Brasil, celpedreira@uol.com.br Cláudio Renato Rodrigues Dias FURG, Rio Grande, RS, Brasil, cláudio@dmc.furg.br Cezar Augusto Burkert Bastos FURG, Rio Grande, Brasil, RS, bastos@dmc.furg.br Fernando Schnaid UFRGS, Porto Alegre, Brasil, RS, fernando@ufrgs.br Diego Fagundes COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil, RJ, dffagundes@gmail.com; RESUMO: O presente trabalho tem como objetivo apresentar as propriedades das argilas moles de três sítios de investigação, localizados na cidade de Rio Grande, Rio Grande do sul, Brasil. Dois sítios estudados são depósitos superficiais. O sitio profundo possui diversas sondagens SPT, ensaios de cone, amostras shelbies e ensaios de laboratório. Estes ensaios serão comparados aos estudados anteriormente na região. O trabalho fará parte de um conjunto de dados sobre a cidade de Rio Grande que será publicado em uma tese da UFRGS. PALAVRAS-CHAVE: solos moles, investigação geotécnica, ensaios de laboratório, ensaios de campo. INTRODUÇÃO Os campos experimentais neste trabalho foram separados em três sítios, o primeiro foi denominado de Campus Cidade e localiza-se dentro do Campus Cidade da Fundação Universidade Federal do Rio Grande - FURG, o segundo sítio chamado de Helena Small que se encontra no centro da cidade também próximo ao citado anteriormente e o terceiro localiza-se no superporto de Rio Grande. O trabalho será dividido em ensaios de campo e ensaios de laboratório. Uma síntese dos ensaios de campo dos três sítios serão apresentados, sendo que no sitio profundo uma grande quantidade de SPTs foi realizada e será apresentada em outros trabalhos neste evento. ÁREA DE ESTUDO A cidade do Rio Grande está localizada no extremo sul do Brasil, em uma península que se desenvolve na direção leste-oeste da parte sul da planície costeira do Rio Grande do Sul ( latitude sul), junto ao estuário da Laguna dos Patos (Fig. ). À margem oeste do canal situa-se o complexo portuário (Fig. ), com km de extensão aproximadamente, chamado de Superporto de Rio Grande, cujas obras iniciaram nos anos. Um distrito industrial também foi construído junto a este local. Mais ao norte, na península onde se localiza a zona urbana da cidade, situa-se o Porto Velho, atracadouro utilizado desde a fundação da cidade () e o Porto Novo, cujas instalações foram na primeira década do século XX. Grandes obras portuárias têm sido executadas na região, dentre as quais salienta-se uma importante obra executada na mesma época do Porto Novo, a construção de dois molhes de pedra (quebra-mares) com uma extensão de km, que tornou possível a fixação da barra e a proteção do canal de acesso ao porto do Rio Grande.

2 A Figura localiza os três portos supra citados e também os sítios estudados na cidade de Rio Grande. Figura. Localização do centro urbano e portuário de Rio Grande. Figura - Localização dos portos e dos sítios na cidade de Rio Grande. SOLOS MOLES Solos moles podem ser definidos como depósitos de solos com predominância de partículas siltosas ou argilosas, com formação geológica de idade recente. Em geral, estes solos encontram-se em estado normalmente adensado ou ligeiramente pré-adensado, com algumas exceções, principalmente nas porções superficiais dos depósitos (crostas pré-adensadas). As principais características destes solos são a grande compressibilidade, a baixa permeabilidade, a baixa resistência e a consistência mole. Estes solos podem apresentar uma variação considerável nas suas propriedades físicas, como resistência não drenada, índice de vazios, história de tensões, granulometria e umidade. O comportamento das argilas moles de Rio Grande, considerando os estudos e experiência acumulados a partir dos anos (Dias e Pedreira ), tem sido apresentados em vários trabalhos (Dias,, ; Dias e Bastos, ; Dias e Moraes e Dias e Pedreira ). Em tais comunicações têm sido feitas comparações de comportamento com outras argilas da costa brasileira, relatado por Massad (, ). As diferenças têm sido consideradas como decorrentes das diferenças de processos e de idade de formação geológica dos depósitos. O Banco de Dados Geotécnicos de Recife (Coutinho et al. ) pode ser apontado como um modelo de pesquisa para definição de comportamentos das argilas moles na região nordeste do Brasil. Outros relevantes trabalhos têm sido desenvolvidos para as argilas do Rio de Janeiro (Futai et al. ; Lacerda ; Danziger et al. ) ou para argila de Santa Catarina (Oliveira e Maccarini ) e confirmam a importância que vários centros de pesquisa e universidades têm dado às argilas moles da costa brasileira. Igualmente importantes são outros trabalhos desenvolvidos no Rio Grande do Sul, como os que tratam da argila do subsolo do Aeroporto Salgado Filho (Soares ; Schnaid ; Schnaid e Nacci ). Em Dias e Pedreira () é feito um histórico das principais obras portuárias, desde a primeira década do século XX até os dias atuais, ressaltando a importância da presença das camadas argilosas de consistência mole a média, na definição dos tipos de fundações empregadas nestas obras. Deve-se apontar a importância da evolução tecnológica dos processos executivos de fundações, que levaram ao uso de fundações superficiais para cais em muros de pedra (estruturas de contenção), até grandes fundações profundas, como estacas pré-moldadas de grande diâmetro ( cm) e comprimento ( m), para execução de piers e cais, ou mesmo estacas escavadas com uso de lama bentonítica, de grande diâmetro ( cm) e comprimento (até m), em obras de silos verticais (Dias, ).

3 PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DAS ARGILAS DE RIO GRANDE. Ensaios de Laboratório Na Tabela são apresentados resultados dos ensaios da areia argilosa do Porto Novo, conforme (Dias e Pedreira ). O solo é composto, em média, por % de areia fina,,% de silte e,% de argila. A umidade média é de % e limites de liquidez % e de plasticidade de %. Tabela - Características da areia argilosa - Porto Novo (Dias et al., ). GRANULOMETRIA (wl) (wp) Furo Areia Silte Argila SP-A NP SP-A - - SP-A SP-A SP SP - - Na Tabela são apresentados os resultados da argila siltosa do Superporto. Dias e Kerstner () fizeram uma avaliação de todos os dados de ensaios do banco de dados, onde se pode classificar (Sistema Unificado) esta argila siltosa variando desde SC, para profundidades da ordem de m, passando por CL até m e CH para profundidades entre e m. Entre e m ocorrem argilas orgânicas (OH). Na Tabela têm-se resultados de ensaios realizados com amostras retiradas do mar, junto aos Molhes da Barra de Rio Grande. Nas Tabelas e são apresentados os resultados dos campos experimentais, pode-se verificar que os dados encontrados se assemelham às argilas profundas, porém, neste caso, são consideradas superficiais. Tabela - Características da argila siltosa - Superporto (Dias et al., ). W Areia Silte Argila wl wp Prof. Sucs,, CL,, CH,, CH,, CH,, CH,, CH,, CH,, CH,, OH Tabela - Características da argila siltosa Molhes da Barra (Dias, ). w nat wl wp IP areia silte argila,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Tabela - Características geotécnicas - Sítio Campus Cidade. Prof. w Areia Silte Argila wl wp,,,,, Tabela - Características geotécnicas - Sítio Colégio Helena Small. Prof. w Areia Silte Argila wl wp, -, -,,,, No sitio diversos furos de SPT tiveram também uma detalhada análise granulométrica, na Figura um perfil granulométrico de amostras retiradas do ensaio SPT é apresentado.

4 cota porcentagem areia silte argila - Figura - Composição granulométrica de uma sondagem. Considerando os dois tipos de solos definidos nos ensaios de caracterização, os resultados de ensaios oedométricos mostram a predominância do comportamento argiloso da argila siltosa do Superporto e do comportamento arenoso da areia argilosa do Porto Novo (Dias ). Na Tabela, observam-se os diferentes parâmetros obtidos dos ensaios de adensamento para a areia argilosa do Porto Novo. Na Tabela são apresentados os parâmetros para argila siltosa do Superporto. Nas Tabelas e são apresentados os resultados de dois sítios estudados, estes valores indicam um solo sub-adensado, decorrência de aterro recente do local. Tabela Parâmetros de adensamento para areia argilosa do Porto Novo (Dias ). w e C C σ 'vm C c /+e OCR (kpa),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Tabela Parâmetros de adensamento para argila siltosa (Dias ). Local wl σ v C c e (kpa) TECON,,,,,,,,,,,,,,, MAR,,,,,,,,,,,,,,, Tabela Parâmetros de adensamento para o sítio Campus Cidade. S CR σ e C C OCR 'vm (kpa),,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Tabela Parâmetros de adensamento para o sítio Colégio Helena Small. CR σ e C 'vm C (kpa) OCR,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Na Figura apresenta-se um gráfico com a qualidade das amostras segundo os limites propostos em Coutinho et al. (). CR satisfatória não-satisfatória C. cidade helena εv Figura - Razão de Compressão (CR) x ev das amostras ensaiadas nos sítios e Limites propostos em Coutinho et al. (). A argila siltosa do Superporto apresenta uma resistência ao cisalhamento não drenada Su média de kpa, conforme trabalhos anteriormente citados, sendo que varia entre kpa, na profundidade de m, e kpa, na profundidade de m. Ensaios realizados com argila siltosa no mar têm apresentado valores muito menores, sendo em média kpa (Dias ). Os valores de S U encontrados para as argilas superficiais (Tab. ) mostram valores diferentes do que aqueles encontrados em outros trabalhos, provavelmente devido ao amolgamento das amostras retiradas com tubos Shelby de pequeno diâmetro e um processo executivo não eficiente.

5 Tabela Valores dos parâmetros de resistência dos ensaios triaxiais dos dois sítios (argilas superficiais). Local Prof. S U (kpa) C. Cidade,, C. Cidade,, C. Helena Small,, C. Helena Small,, C. Helena Small,, C. Helena Small,, C. Helena Small, - C. Helena Small, - q (kpa) Triaxial CIU SPC SB IV Os ensaios de adensamento no sítio dos solos da camada entre as cotas - e -m indicam o comportamento ora normalmente adensado, ora levemente pré-adensado, com rápida dissipação das poro pressões, altos valores de Coeficiente de adensamento (Cv) e de permeabilidade (K), com forte influência de veios de areia fina nas amostras. Já para o solo presente na camada situada entre as cotas -, e -m, o ensaio de adensamento confirma seu comportamento de argila siltosa, levemente pré-adensado. Os valores de Cv têm ficado entre x- e x- m/s. A argila siltosa no sitio apresenta um leve sobre adensamento, que tem sido explicado pelas variações no nível do mar no Quaternário. O ensaio realizado com a amostra do shelby retirado da sondagem SPCC apresentou um comportamento de argila arenosa, como se pode notar no valor do Cc =, e no índice de vazios e=,. Com relação aos ensaios triaxiais do sítio, diversos ensaios triaxiais foram realizados. Um ensaio CU é apresentado na Figura. Da análise deste gráfico pode-se concluir que o ângulo de atrito interno efetivo Ǿ é igual a, e coesão igual a kpa para solo levemente pré-adensado e Ǿ = com coesão igual a kpa para solo normalmente adensado. Estes valores são muito semelhantes aos citados por Dias (). p (kpa) Figura - Exemplo de um triaxial do sítio.. Ensaios de Campo Este trabalho tem como objetivo divulgar os ensaios de laboratório. Neste item serão disponibilizados alguns resultados para podermos caracterizar o tipo de solo, principalmente a estratifigrafia. Neste congresso os autores possuem um outro artigo caracterizando detalhademente o sitio. No Campus Cidade foram realizados ensaios de cone, CDL (cone dinâmico leve), SPT-T e amostras shelby. A Figura apresenta um gráfico comparativo dos ensaios realizados, inclusive os resultados de pesquisas anteriores naquele local. No Colégio Helena Small foram realizados ensaios de cone, CDL, SPT-T e amostras shelby. A Figura apresenta o resultado de um ensaio de cone, com a presença de diversas camadas de areias e argila. Na Figura um perfil do solo e os resultados do SPT são apresentados. No sitio foram executados mais de SPTs, seis ensaios de cone e foram retirados mais de amostras shelbies. Como os ensaios estão em andamento neste trabalho estão sendo apresentados alguns resultados.

6 , KPa N SPT,,, Profundidade,,,,,,, CDL Dias () CDL Estudo () SPT Dias () SPT () Estudo () Piezocone () Figura - Gráfico dos ensaios de campo realizados no Campus Cidade. Qc Qt, U, Uw (KPa) U U,,,,, Figura - Ensaio de cone do Colégio Helena Small. CONCLUSÕES Bq Rf Neste trabalho são apresentados alguns dados das pesquisas desenvolvidas a mais de anos na região e pesquisas em andamento. A campanha de investigação do sítio está próxima do término e em virtude da grande quantidade de ensaios e resultados, esperamos em breve escrever um artigo completo só com o referido sítio. Podemos verificar com os artigos revisados e os resultados encontrados que: Figura - Perfil de solo do Campus Cidade com os resultados do SPT. - Os ensaios de caracterização confirmaram as propriedades das argilas encontradas na região; - Com relação aos ensaios de adensamento e triaxiais estes foram fundamentais nas definições das propriedades das argilas; - Os ensaios de cone auxiliaram na definição das camadas existentes e as profundidades a serem ensaiadas em laboratório. Com relação às obras executas na região e o tipo de solo e estratifigrafia encontrado podemos afirmar que: - A presença de depósitos de solos moles profundos e superficiais na região portuária de Rio Grande tem levado os projetistas de fundações a optarem por estacas de grande comprimento (> m). O estudo destes sítios em regiões próximas aos trabalhos pretéritos na região vem corroborar para o detalhamento das argilas superficiais da cidade de Rio Grande; - Deve-se considerar a importância da presença destes depósitos na geração de recalques muito elevados em aterros construídos em áreas retroportuárias, principalmente quando forem geradas solicitações devido a esforços laterais e atrito negativo em estacas. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Superintendência do Porto de Rio Grande SUPRG (pelos dados cedidos) e a PRONEX-FAPERGS pelo apoio financeiro ao projeto.

7 REFERÊNCIAS Coutinho, R. Q.; Oliveira, J. T. R.; Oliveira, A T. J.(). Geotechnical Properties of Recife Soft Clays, Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, pp. - Danziger, F. A B.; Almeida, M. S.S.; Lacerda, W. A. (), Quinze Anos de Piezocone na COPPE/UFRJ, pp. - Dias, C.R.R. (). Comportamento das Estacas de Fundação dos Silos do Terminal de Trigo e Soja do Porto do Rio Grande, Revista Solos e Rochas, Vol., n., pp- Dias, C.R.R. (). Previsão e Observação do Comportamento de Estacas Escavadas no Terminal de Trigo e Soja do Porto do Rio Grande Anais do Simpósio Teoria e Prática de Fundações Profundas, Porto Alegre Dias, C.R.R. (). Caracterização dos Parâmetros de Sedimentação e Adensamento de Solo Sedimentar da Planície Costeira Região de Rio Grande. Relatório FAPERGS Proj. / Dias, C.R.R. (). Caracterização dos Parâmetros Geotécnicos de Solo Sedimentar da Cidade do Rio Grande- Resultados de Pesquisa sobre Argilas Moles- COPPEGEO'- Simpósio Geotécnico em Comemoração dos anos da COPPE, pp -, R.J. Dias, C. R. R. e Bastos, C.A.B. (). Propriedades Geotécnicas da Argila Siltosa Marinha da Cidade do Rio Grande/RS - Uma Interpretaçào à Luz da Geologia Recente da Região. X COBRAMSEF, Foz do Iguaçu Dias, C. R. R. e Bastos, C.A.B. (). Argila Siltosa Marinha de Rio Grande/RS - Análise de Dados Geotécnicos Aplicados às Obras Portuárias, VI Congresso Brasileiro da ABEQUA e Reunião Sobre o Quaternário da América do Sul, Curitiba Dias, C. R. R. e Moraes, J. M.de (). A Experiência Sobre Argilas Moles na Região do Estuário da Laguna dos Patos e Porto do Rio Grande, Prática de Engenharia Geotécnica da Região Sul - Geosul' Dias, C. R. R. e Pedreira, C. L. da S. (). Aspectos Geotécnicos e Soluções de Fundações de Obras Portuárias de Rio Grande/RS, Prática de Engenharia Geotécnica da Região Sul - Geosul' Dias, C.R.R. (). Os Parâmetros Geotécnicos e a Influência dos Eventos Geológicos - Argilas Moles de Rio Grande. Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, pp -. Futai, M. M.; Almeida, M. S. S.; Bezerra, R. L; Meireles, E. B. (). Propriedades Geotécnicas das Argilas do Rio de Janeiro, Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, pp. - Lacerda, W. A (). Algumas Pesquisas e Casos Práticos em Argilas Moles Brasileiras, Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, Palestra. Massad, F. (). As Argilas Quaternárias da Baixada Santista: Características e Propriedades Geotécnicas. Tese de Livre Docência. Escola Politécnica da USP, S. Paulo. Massad, F. (). História Geológica e Propriedades dos Solos de Baixadas: Comparações entre Diferentes Locais da Costa Brasileira, In: Depósitos Quaternários das Baixadas Litorâneas Brasileiras, p.-., R.J. Oliveira, H. M., Maccarini, M. (). Caracterização Geotécnica de um Depósito de Argila Mole de Santa Catarina, Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, pp. -. Schnaid, F., Consoli, N. C., Fialho, A., Nacci, D. C.. (). Ampliação do Aeroporto Internacional Salgado Filho Parte : Caracterização Geotécnica e Parâmetros de Projeto, Solos e Rochas. Schnaid, F., Nacci, D. C. (). Propriedades Características de Argilas Moles do Estado do Rio Grande do Sul, Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, pp. - Soares, J. M. (). Estudo do Comportamento Geotécnico do Depósito de Argila Mole da Grande Porto Alegre. Tese de Doutorado, CPGEC/UFRGS, p