Parâmetros Geotécnicos das Argilas Marinhas da Região do Porto de Santos

Transcrição

1 Parâmetros Geotécnicos das Argilas Marinhas da Região do Porto de Santos Diego Gazolli Yanez Escola Politécnica da USP, São Paulo, Brasil, Profa. Dra. Heloisa Helena Silva Gonçalves Escola Politécnica da USP, São Paulo, Brasil, RESUMO: O trabalho trata dos parâmetros geotécnicos das argilas marinhas de Santos encontradas na região portuária, e das possíveis diferenças com os parâmetros determinados e publicados na literatura técnica para região da orla, com prédios inclinados. Foram analisadas sondagens e ensaios in situ de diversas localidades da região portuária, ao longo da margem direita. Os ensaios foram realizados e cedidos pelas empresas projetistas da iniciativa privada atuantes na região e, portanto contemplam as profundidades de interesse destes projetistas, à época dos ensaios. Principalmente foi analisado o perfil geotécnico na região portuária em comparação com o da orla e a resistência não-drenada das argilas. PALAVRAS-CHAVE: Argilas Marinhas, Porto de Santos. 1 INTRODUÇÃO Santos é o mais importante dos nove municípios que integram a região da Baixada Santista, pois nele está instalado o maior porto da América Latina. Durante a última década, com o incremento do movimento portuário e o aumento do calado dos navios que nele aportam, surgiu a necessidade de aprofundar o estuário de Santos. Este aumento do calado tem sido realizado em pontos diversos, variando a profundidade, em função da urgência das companhias que atuam no Porto. Outras obras também são realizadas na região do porto, como construção de novos armazéns para granéis ou implantação de maiores áreas para estocagem de contêineres, entre outras. Para a elaboração destes projetos é necessário que haja eficiente investigação geotécnica dos solos da região. O subsolo na região do porto é formado por um aterro de aproximadamente 11m sobre uma camada de argila marinha de grande espessura. Em alguns pontos esta camada é intercalada por camadas de areia fina argilosa. A camada de argila marinha de Santos é muito compressível, sendo responsável direta dos elevados recalques que ocorrem em diversos edifícios construídos com fundações diretas rasas na cidade. No entanto, ao contrário do que se poderia inferir, estas argilas possuem valores de resistência não-drenada relativamente altos. Neste artigo será realizada uma análise de diversos dados coletados da argila marinha da região portuária, fornecidos por empresas que ali atuam, comparando-os aos disponíveis na literatura técnica e aos dados da região dos prédios inclinados da cidade. 2 MATERIAIS E MÉTODOS Ao longo do período de pesquisa foram gentilmente cedidos por diversas empresas atuantes na região os mais diversos ensaios geotécnicos da área portuária, distribuídos pela margem direita do Porto de Santos. As regiões destes ensaios e as principais regiões citadas nesta pesquisa estão ilustradas na Figura 1. Por se tratar de ensaios realizados pela iniciativa privada estas caracterizações geotécnicas possuem limitações acadêmicas. Os dados levantados focam para as obras em projeto e, portanto, nem sempre foram realizadas sondagens até grandes profundidades ou ensaios de laboratório com amostras indeformadas. 1

2 0,719m 1,526m 4,280m (Projeto) COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE ABMS. Figura 1. Localização dos ensaios, numeradas, e principais regiões citadas no artigo. Fonte: Google Earth De forma geral estes ensaios visavam obras de aumento de calado (estabilidade geral do cais com a alteração da cota de fundo do canal) e de operação de mais contêineres empilhados ou novos armazéns de carga. Sendo assim, os parâmetros de maior interesse para estas empresas projetistas foram perfis geotécnicos até 30m de profundidade e ensaios de palheta nas profundidades próximas ao calado do canal, entre 14 e 16m de profundidade em relação ao cais. Cais existentes adotado em cartas geográficas e projetos de uso geral. No caso específico do Porto de Santos existe outro referencial de cota zero, estabelecido pela CODESP (Companhia Docas do Estado de São Paulo). As relações entre os diversos referenciais de cota zero estão ilustradas na Figura 2. As sondagens foram, portanto, padronizadas através do valor de profundidade 0 referente à cota 4,28m CODESP. Diferente do data vertical do IBGE, as cotas DHN e CODESP são positivas abaixo do nível do mar, confundido-se com as profundidades em alguns registros. Os ensaios de sondagem de cada região foram analisados e agrupados para análise dos perfis geotécnicos característicos, e posteriormente somados para prover um perfil geotécnico para o estuário santista como um todo. Através da correta relação entre cotas foi possível adicionar os perfis geotécnicos determinados nesta pesquisa ao perfil geotécnico disponível na literatura técnica para região da orla da praia, de prédios inclinados. Os parâmetros geotécnicos dos ensaios de caracterização foram agrupados conforme sua natureza e determinados como média de valores ou intervalo de valores, para grandes variações, e comparados aos valores tabelados pela literatura técnica para as argilas marinhas de SFL (Sedimentos Fluvio-Lagunares). Zero I.G.C. e IBGE 2.1 Origem dos depósitos quaternários Zero D.H.N. Marinha (1981)Variável Zero CODESP Maré mínima em 12/03/1940 Figura 2. Relação entre vários níveis de referência (data verticais) e o zero hidrográfico da CODESP (ALFREDINI, 2005) Os ensaios foram então agrupados por região, tipos de ensaio e por lado (lado terra ou lado mar), para análise. Nota-se cuidado especial para uniformizar os referenciais de cota dos ensaios. É costume de projetos portuários a utilização do referencial de cota zero estabelecido pela Marinha Brasileira, diferente do estabelecido pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), normalmente Na literatura técnica está discutida a formação geológica dos solos do litoral brasileiro, especialmente as argilas marinhas do litoral paulista. A Transgressão Cananéia (Pleistoceno) e a Transgressão Santos (Holocento) foram as duas ingressões do mar em direção ao continente que deram origem aos dois principais tipos diferentes de sedimentos: as Argilas Transicionais (AT) e os Sedimentos Flúvio- Lagunares (SFL). Entre e anos, em ambiente misto continental-marinho, foram depositadas as Argilas Transicionais. Este material se apresenta argiloso ou arenoso na sua base, e arenoso no seu topo. A última glaciação, anos atrás, abaixou o nível do mar 130m em relação ao nível atual, provocando intenso 2

3 processo erosivo e forte sobre-adensamento nos sedimentos argilosos da Formação Cananéia. Os Sedimento Flúvio-Lagunares, por sua vez, foram formados nos últimos anos, por sedimentação em lagunas e baías. Eles foram formados pelo retrabalhamento das areias e argilas da Formação Cananéia. As Argilas SFL são levemente sobre-adensadas, devido a oscilações negativas do nível do mar. As argilas de Mangue são encontradas superficialmente, de baixíssima resistência. Este solo ainda está em formação e é denominado como aluvião moderno. Os sedimentos quaternários apresentam características semelhantes, e muitas vezes pode ser difícil classificá-los. A literatura técnica discute, em certos momentos, a presença de AT abaixo dos 20 a 25 m de profundidade na região da Alemoa. Estas camadas de ATs aparentam serem mais uniformes e homogêneas quando comparadas a outros sedimentos. A presença de folhas carbonizadas e nódulos de areia quase pura [...] parecem serem algumas marcas distintivas das ATs. (MASSAD, 1994, grifo nosso). 2.2 Sobre-adensamento das argilas de SFL (1,3 RSA 2) Os diversos artigos da literatura técnica apresentam como propriedade das argilas de SFL um leve sobre-adensamento, variando a tensão de pré-adensamento entre 1,3 a 2 vezes a tensão efetiva, devido ao rebaixamento de nível do mar ocorrido há anos, que variou de 2 a 3m (2m em média). Para considerar esta hipótese Massad (1985) propoem a utilização da Equação 1: (1) Os casos de argilas SFL muito sobreadensadas são atribuídos a ação de dunas. A tensão de pré-adensamento gerada pelos efeitos simultâneos da oscilação negativa do nível do mar e do efeito de aging (envelhecimento das argilas) é estimada usando a Equação 2 (PÉREZ; MASSAD, 1996): (2) Onde é a tensão efetiva antes da oscilação negativa do nível do mar ; é o peso específico da água; é o tempo necessário para terminar a consolidação primária, determinado como 1 ano para a região; e é o tempo de envelhecimento adotado como 150 anos. Através da tensão de razão de préadensamento e tensão efetiva é possível determinar o intervalo da coesão de projeto à partir da correlação da Equação 3, de Jamiolkowski e Ladd. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO (3) 3.1 Caracterização dos solos do estuário santista A maioria dos ensaios analisados neste trabalho foi realizada no limiar da separação entre o cais e o canal do estuário, hora de um lado, hora do outro. Sendo assim, é natural notarmos a diferença entre os parâmetros de cada lado. Os primeiros metros explorados pelas sondagens indicam um aterro heterogêneo ao longo de toda região portuária. Em geral este aterro é composto de silte arenoso com pedregulhos de rocha, fofo a pouco compacto, cinza esverdeado, variando para aterro de areia fina, com pedregulhos, também fofa a pouco compacta, cinza escura. O número de golpes varia muito, normalmente de valores abaixo de 7. Esta camada tende a se estender até a cota do fundo do canal do estuário. Os profissionais atuantes da área relatam que os aterros foram realizados para expansão da área portuária, com o lançamento de solo através de furos no cais. Este aterro não teria sido compactado para evitar esforços nas estacas pranchas de contenção do cais. Nos próximos metros apresenta-se argila siltosa marinha de SFL, com matéria orgânica, muito mole à mole, cinza escura. Sua resistência em golpes varia em geral de 0 a 5. As descrições das sondagens relatam presença de matéria orgânica, lentes milimétricas 3

4 esparsas de areia e fragmentos de conchas. Esta camada pode ter menos de 5m, como no lado mar do TECONDI até 30m de espessura sob o TEAÇU. A região portuária apresenta uma camada de areia fina argilosa, fofa a medianamente compacta, cinza escura, em diversas profundidades. Nota-se a forte presença nas regiões do Armazém 35 - LIBRA e do TECONDI. Sua resistência SPT varia, em geral, de 5 a 15 golpes. As camadas de argila SFL e de areia fina citadas acima se intercalam na região do TECONDI e do Armazém 35 - LIBRA. Na região do TEAÇU não foi constatada esta característica, pois as sondagens não ultrapassam os 40m de profundidade. Após os 40m de profundidade, no TECONDI, há a presença de solo residual, silte arenoso compacto, cinza e branco. Sua resistência é crescente, ultrapassando os 40 golpes aos 50m de profundidade. As demais regiões não foram exploradas até esta profundidade. 3.2 Parâmetros geotécnicos As argilas marinhas descritas nas sondagens disponibilizadas apresentaram SPT sempre menor que 5, muitas vezes variando somente entre 0 e 2, independente da profundidade; suas características geotécnicas estão apresentadas na Tabela 1. determinado pelo ensaio, nem os índices de compressão ( ) e recompressão ( ). Tabela 1. Quadro-resumo dos parâmetros geotécnicos das argilas marinhas do Porto de Santos e comparação com valores da literatura técnica Macuco TEAÇU Saboó / TECONDI (Libra35) 1 Lado Mar Lado Terra Lado Mar Lado Terra Argilas SFL 2 Edifício Núncio Malzoni 3 Prof. (m) SPT w (%) LL (%) LP (%) IP (%) nat (kn/m³) 15,25 15,50 16,20 13,5 16,3 15,5 s (kn/m³) 26,75 27,40 26,6 26,8 d (kn/m³) 8,80 9,00 e 0 1,92 2,09 1,53 2,41 1,16 1,65 2,00 4,00 S u (kpa) VT σ a (kpa) RSA 1,3 2,0 1,15 1,3 C c / (1 + e 0 ) 0,33 0,51 (0,43) 0,31 0,38 C r / C c (%) S u / σ a 0,28 1 Não foram disponibilizados ensaios de caracterização da região do terminal Libra 35 (Macuco). 2 Segundo Massad, Segundo Gonçalves, Ensaios de palheta natural (Vane Test VT). 5 Ensaio de resistência adensado não-drenado - CU (Compressed undrained). 4

5 3.3 Correlações de resistência não-drenada dos ensaios de palheta Conforme discutido anteriormente, os diversos ensaios de palheta (Vane Test) realizados in situ nas camadas de argila, foram agrupados para determinação de correlações. Para as correlações determinadas foi utilizado o coeficiente de Pearson (r) para análise qualitativa da correlação linear dos dados. Todas as correlações determinadas obtiveram índice entre moderadas e fortes (0,5 < r < 1), conforme Tabela 3. No entanto, a correlação de melhor resultado, para o Macuco, lado mar, foi estabelecida com apenas 4 pontos e apresenta crescimento exagerado e improvável quando comparado com os dados das regiões adjacentes. Ao todo foram analisados mais de 250 ensaios. Tabela 3. Coeficientes de Pearson para as correlações dos ensaios de palheta Região Lado S u (kpa) (VT) r Terra Macuco Mar 39,0 + 22,0.z 0,910 TEAÇU Terra 31,4 + 5,2.z 0,851 Mar 37,0 + 4,5.z 0,593 TECON Terra 42,0 + 3,7.z 0,556 Mar 25,6 + 8,7.z 0,717 Porto* Terra 38,5 + 4,4.z 0,810 Mar 43,7 + 5,0.z 0,655 * Média de todos os pontos analisados Para efeito de comparação as correlações publicadas pela literatura técnica para resistência não-drenada das argilas do porto de Santos foram agrupadas no quadro-resumo da Tabela 4. Tabela 4. Correlações publicadas na literatura técnica Região S u (kpa) (VT) Autor Macuco ,4.z Teixeira, 1988 Saboó ,0.z Teixeira, 1988 Alemoa ,0.z 0,556 Os resultados obtidos nos ensaios analisados foram plotados junto com os pontos que os determinaram e são exibidos na Figura 3. É importante notar que as correlações estão relacionadas com o topo da camada de argila, portanto z é a distância do topo da camada de argila até o ponto do ensaio. 0 Porto - Todos os Ensaios Su (kpa) Profundidade (m) Lado Terra c = 38,5 + 4,4.z (kpa) Geral c = 42,2 + 4,9.z (kpa) Lado Mar c = 43,7 + 5,0.z (kpa) 35 Figura 3. Correlações das médias de todos os pontos para a região portuária Nota-se que em alguns pontos a resistência ao cisalhamento das argilas marinhas do lado mar foi superior a resistência do lado terra, ao contrário do que nos leva a concluir a intuição sobre a natureza dessas argilas. Na média de 5

6 todos os pontos, as argilas marinhas do lado terra possuem maior resistência ao cisalhamento nas camadas iniciais, mas o acréscimo de resistência com a profundidade é maior do lado mar. As duas retas médias se interceptam por volta dos 25m de profundidade. Somente do lado mar foram encontrados pontos com resistência não-drenada superior à 100kPa, e somente no TECONDI. De forma geral, todos os locais de ensaio apresentaram resistência de até 100kPa, acima dos 60kPa determinados por Massad (1994) para os intervalos de resistência das argilas SFL. As correlações estabelecidas por Teixeira (1988), para argilas de SFL com RSA maior ou igual a 2, em regiões próximas a estudada, resultam em valores de coesão pouco inferiores aos obtidos pelas correlações propostas nesta pesquisa. 3.4 Análise da resistência não-drenada a partir de correlações Infelizmente não houve ensaios de adensamento satisfatórios para realizar uma análise da relação entre a resistência não drenada com a tensão de pré-adensamento, comumente realizada na Mecânica dos Solos. No entanto, conhecendo o histórico geológico das argilas de SFL e a Equação 1, 2 e 3, determina-se o intervalo de valores para a tensão de préadensamento na camada de argila da região portuária. O parâmetro foi calculado de acordo com o índice de vazios dos trechos estudados, com 0,03 e. A determinação de está apresentada na Tabela 5Erro! Fonte de referência não encontrada.. Tabela 5. Determinação de Região TEAÇU 2,000 1,05 0,03 0,03 Saboó 1,345 0,82 0,03 0,04 Os valores da coesão de projeto das argilas marinhas, determinadas pelos ensaios de palheta natural e devidamente corrigidos pelo fator de Bjerrum são comparados aos estimados pelos cálculos de RSA determinada pelas ações combinadas do abaixamento do nível do mar e do adensamento secundário são apresentados na Tabela 6. Tabela 6. Comparação entre resistência não-drenada obtida pela equação Jamiolkowski e Ladd e os valores corrigidos dos ensaios de palheta natural Região Lado Prof. (kpa) (m) Calculado VT TEAÇU Terra 22,0 29,8 53,3 62,6 Mar 22,0 12,0 21,4 56,6 Saboó Terra 19,0 24,5 34,8 67,4 Mar 19,0 12,7 16,6 62,2 Os resultados obtidos indicam que a resistência não-drenada de projeto pela equação de Jamiolkowski e Ladd é muito inferior aos valores determinados nos ensaios de palheta. Há duas hipóteses a serem consideradas: a argila poderia ter RSA maior ou igual a 2, e portanto a tensão de pré-adensamento não poderia ser calculada utilizando a Equação 2 proposta por Pérez, que se aplica para argilas sobreadensadas somente pela variação do nível do mar; ou que a Equação 3, com estas constantes, não se aplicam para este solo. 3.5 Perfil geotécnico determinado Através da análise das diversas sondagens da região determinou-se um perfil geotécnico para a região portuária, assim como o estabelecido para a região da orla da praia traçado por Teixeira (1994) e adaptado por Massad (2003) e por Dias M. (2008). O perfil geotécnico do estuário do lado mar e lado terra estão apresentados na Figura 4 e Figura 5 respectivamente. Não foi encontrada, em nenhuma das sondagens analisadas, a presença de argilas com SPT > 5, não tendo se identificado a presença da camada de argilas transicionais (AT), o que não exclui a possibilidade da presença destas, uma vez que as sondagens foram pouco profundas na maior parte das regiões analisadas. 6

7 Balsa Libra 35 TEAÇU TECON Balsa Libra 35 TEAÇU TECON COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE ABMS. ORLA DE SANTOS ESTUÁRIO DE SANTOS Itararé Faixa crítica 0 Ilha Porchat São Vicente Canal ARGILA MARINHA MOLE (SFL) ARGILA MARINHA (AT) ARGILA MARINHA MOLE (SFL) SOLO RESIDUAL SOLO RESIDUAL E MÉDIA (AT) RIJA? SEDIMENTOS CONTINENTAIS? SOLO RESIDUAL? 80 Figura 4. Perfil geotécnico da orla santista e do estuário lado Mar Adaptado de Teixeira (1994) por Massad (2003) por Dias M. (2008), complementado Ilha Porchat São Vicente ORLA DE SANTOS Itararé Faixa crítica Canal ARGILA MARINHA MOLE (SFL) ARGILA MARINHA (AT) SOLO RESIDUAL E MÉDIA (AT) RIJA? SOLO RESIDUAL SEDIMENTOS CONTINENTAIS? SOLO RESIDUAL? ESTUÁRIO DE SANTOS ATERRO DE SILTE ARENOSO COM PEDREGULHOS ARGILA MARINHA MOLE (SFL) 80 Figura 5. Perfil geotécnico da orla santista e do estuário lado Terra Adaptado de Teixeira (1994) por Massad (2003) por Dias M. (2008), complementado 4 CONCLUSÕES Este trabalho pôde dar início ao traçado de perfil geotécnico que contemple a região portuária de Santos, de enorme importância econômica e pouco discutida pela literatura técnica. Foram analisadas camadas de argilas moles, de SPT abaixo de 3, com descrição de nódulos de areia. Esta descrição é comumente associada às argilas AT, porém seu valor de SPT e índice de vazios indicam que são efetivamente camadas de SFL. As argilas marinhas estudadas neste trabalho apresentaram valores de resistência não-drenada acima dos determinados para região da orla santista, e também para os determinados para as argilas SFL no geral. No entanto, apresentaram sempre SPT < 5, e índice de vazios em torno de 2, característicos das argilas SFL. Nota-se que as argilas marinhas estudadas apresentaram-se, em geral, muito siltosas e arenosas, e que os solos arenosos sempre apresentavam descrição de areia fina argilosa. 7

8 Não é incomum a apresentação de ensaios com resultados impróprios, hora pela dificuldade da coleta de amostras indeformadas, hora pela interferência do meio, como, por exemplo, a resistência não-drenada apresentar valores pontuais excessivamente altos, justificados pela grande presença de conchas nas argilas do lado mar e região aterrada. Em alguns pontos a coesão das argilas do lado mar apresenta-se maior que do lado terra. Analisados todos os pontos da região portuária percebe-se a tendência de acréscimo de resistência com a profundidade maior do lado mar que do lado terra, que apresenta valores médios de resistência não drenada inicias mais altos. O estudo teórico da RSA das argilas marinhas, pelos efeitos combinados de rebaixamento do nível do mar de 2m e pelo adensamento secundário, e conseqüente análise da resistência não-drenada de projeto apresenta confirmação da classificação geológica das argilas como SFL. Por fim, foram apresentados valores de coesão variando de 10 a 140kPa, contra 10 a 60kPa determinados pela literatura técnica. As correlações determinadas neste trabalho são apresentadas a seguir: Lado Terra: Lado Mar: AGRADECIMENTOS s u = 38,5 + 4,4.z (kpa) s u = 43,7 + 5,0.z (kpa) e de campo gentilmente cedidos. REFERÊNCIAS Alfredini, P. (2005). Obras e Gestão de Portos e Costas: A Técnica Aliada ao Enfoque Logístico e Ambiental, Edgar Blucher, São Paulo. Bjerrum, L. (1972) Embankment on soft ground, Conf. on Performance of Earth and Earth Supported Structures, ASCE, Vol. 2, p Dias, M. S. (2008) Cidade de Santos: Comparação entre as propriedades geotécnicas do subsolo de alguns trechos da orla de Santos, 6º SEFE, Vol. 2, p Gonçalves, H. H. S. e Oliveira, N. J. (2002), Parâmetros Geotécnicos das Argilas de Santos, 12º Congresso AMBS, Vol. 1, p Gonçalves, H. H. S. e Pérez, F. S. (1997), A comparion between C α /C c obtained through parametric studies and laboratory tests, Proceedings of the fourteenth International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Hamburg, p Massad, F. (1994), Propriedades dos sedimentos marinhos, Solos do Litoral de São Paulo, São Paulo, p Massad, F. (1986), Reinterpretação de sondagens SPT na Baixada Santista, à luz dos novos conhecimentos sobre origem geológica dos sedimentos quaternários, 8º Congresso ABMS, Vol. 2, p Massad, F. e Pérez, F. S. (1996), O envelhecimento e sua influência no sobre-adensamento das argilas marinhas Quaternárias de Santos. Pinto C. S. (1992), Primeira Conferência Pacheco Silva: Tópicos da contribuição de Pacheco Silva e Considerações sobre a resistência não drenada das argilas, Solos e Rochas, São Paulo, p Teixeira, A. H. (1994), Fundações Rasas na Baixada Santista, Solos do Litoral de São Paulo, São Paulo, p À Maffei Engenharia pelos ensaios laboratoriais 8