Determinação das Propriedades Geotécnicas dos Sedimentos Eólicos da Cidade de Natal-RN
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- Miguel Godoi Teves
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1 Determinação das Propriedades Geotécnicas dos Sedimentos Eólicos da Cidade de Natal-RN Freitas Neto, O. Departamento de Geotecnia, Escola de Engenharia de São Carlos, São Paulo. Costa, F. A. A., Lima, V. A., Pereira, J. R. C. Santos Jr., O. F. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Engenharia Civil, Natal/RN. RESUMO: O litoral do Rio Grande do Norte é formado predominantemente por dunas e falésias. Neste trabalho realiza-se um estudo geotécnico em amostras de sedimentos eólicos ao longo dos 9km da Avenida Senador Dinarte Mariz (Via Costeira), que faz parte do campo dunar da cidade de Natal/RN. O aumento do número de edificações demanda maior conhecimento a respeito das potencialidades do solo desta região. Foram coletadas onze amostras de solos e realizados ensaios de caracterização. Posteriormente selecionaram-se três destas amostras para realizar ensaios de permeabilidade e cisalhamento direto, estas próximas ao seu e máx e e mín, além de valores intermediários de índice de vazios para o ensaio de cisalhamento. Os resultados mostram que os sedimentos são constituídos basicamente por areia fina e média, com ângulo de atrito entre 21º (e máx ) e 45º (e mín ). A permeabilidade tem um valor na ordem de k=1-2 cm/s. PALAVRAS-CHAVE: Propriedades Geotécnicas, Dunas, Sedimentos Eólicos, Solos Transportados. 1 INTRODUÇÃO O litoral do estado do Rio Grande do Norte compreende uma faixa de 41 km. A zona costeira é predominantemente formada por dunas e falésias. As unidades morfológicas presentes na área são os Tabuleiros Costeiros, as Dunas e a Planície Costeira. Os Tabuleiros são áreas planas com leve inclinação em direção ao mar e que se estende até cerca de km a partir do litoral. Em alguns trechos entram em contato com o mar, formando falésias. As Dunas recobrem em algumas áreas os Tabuleiros nas proximidades da linha de costa e a Planície Costeira é representada pela presença de praias arenosas. As dunas consistem em um tipo de relevo formado por sedimentos eólicos (areias finas e médias). Os campos de dunas existentes no Rio Grande do Norte destacam-se pela exuberância de suas formas, pela riqueza de seus tipos, bem como pela ocorrência de várias gerações, onde cada uma destas pede representar importante modificação climática quaternária (Silva 2). O crescente número de edificações assentadas sobre este campo dunar torna necessário um maior conhecimento das potencialidades dos solos que a constituem. Diante disto, o presente trabalho tem por objetivo realizar um estudo geotécnico de 11 amostras de sedimentos eólicos coletadas em diferentes pontos da do campo dunar da cidade de Natal/RN. Desta forma pretende-se contribuir para que a exploração do solo da região seja mais racional do ponto de vista da engenharia. 2 DESCRIÇÃO GERAL DA ÁREA DE ESTUDO A cidade de Natal/RN está inserida em uma região de clima quente e úmido a semi-árido quente, com características climatológicas tropicais. Predominam ventos com velocidades médias mensais que variam de 2,9 a 5,1m/s e sentidos de atuação SE-NW. Os campos de dunas de Natal caracterizamse por apresentar feições morfológicas que durante o processo de formação tiveram seus sedimentos transportados por ação eólica no sentido preferencial SE-NW (Silva 2). A área de trabalho localiza-se paralelamente a orla marítima na Avenida Senador Dinarte Mariz (Via Costeira de Natal/RN), tem
2 extensão de 9kM e interliga as praias de Ponta Negra e Areia Preta. Esta região é formada por um campo de dunas possui seu comprimento alinhado na direção N-S, com cristas alinhadas na direção SE-NW, coincidente com a direção dos ventos. 3 METODOLOGIA Para o estudo das características geotécnicas dos sedimentos eólicos do Parque das Dunas de Natal, foram coletadas de amostras em 11 pontos às margens da Via Costeira. Em laboratório, foram realizados ensaios de caracterização (análise granulométrica (NBR- 7181/82); massa específica dos sólidos e determinação dos índices de vazios máximo (MB-3324/9) e mínimo (MB-3388/91)) para cada uma das onze amostras. Em três das onze amostras coletadas foram realizados ensaios de permeabilidade (NBR-13292/95) com as amostras nos estado mais fofo possível (índice de vazios máximo) e com a maior compacidade (índice de vazios mínimo). Também nessas três amostras foram realizados ensaios de cisalhamento direto, com cinco valores diferentes de índice de vazios, variando-se entre o mínimo e o máximo obtidos. A tensão de confinamento utilizada em todos os ensaios foi de aproximadamente 1kPa. 4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS As curvas granulométricas obtidas para as 11 amostras coletadas estão agrupadas e apresentadas na Figura 1. Na Figura 2 são apresentadas somente as curvas granulométricas das amostras 1, 2 e 3. Estas estão em destaque, pois também foram utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto e permeabilidade. Os resultados obtidos nos ensaios de caracterização das onze amostras, juntamente com os índices de vazios máximo e mínimo estão apresentados na Tabela 1. Porcentagem que Passa (%) ,1 1 1 Diametro dos Grãos (mm) AM-1 AM-2 AM-3 AM-4 AM-5 AM-6 AM-7 AM-8 AM-9 AM-1 AM-11 Figura 1. Curva granulométrica das 11 amostras coletadas. Porcentagem que Passa (%) ,1 1 1 Diametro dos Grãos (mm) AM-1 AM-2 AM-3 Figura 2. Curva granulométrica das 3 amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto. Tabela 1. Caracterização geotécnica das amostras. Amostra A B C D E F (%) (%) (%) (g/cm³) *Am 1 1,1 68,9 3,97 1 2,65 *Am 2 1,6 69,4 29,,95 3 2,63 *Am 3 1,1 75,9 23,,99 7 2,66 Am 4 15,8 77,7 6,5,95 8 2,64 Am 5 6,6 84,4 9,,92, 2,65 Am 6 8 2,94 8 2,62 Am 7 6 4,96,61 2,63 Am 8 1,5 9 8,5,94 9 2, Am 9 1,4 96,8 1,8,93 2 2,61 Am 1 52,7 39,5 7,8,97 3 2,65 Am 11, 71,7 27,7,95 7 2,67 Nota: A: Areia Grossa; B: Areia Média; C: Areia Fina e Silte: D: Índice de Vazios Máximo; E: Índice de Vazios Mínimo; F: Massa Específica dos Sólidos. A análise granulométrica mostrou convergência no comportamento entre as 11 amostras estudadas, como mostra os gráficos na Figura 1. De acordo com o apresentado na Tabela 1, a porcentagem de areia grossa variou de,% a 52,7%. Elevada porcentagem de areia grossa foi observada apenas na amostra 4 e 11. A porcentagem de areia média de 39,% a 96,8% e areia fina mais silte de 1,8 a 4%. Portanto, verifica-se a predominância de areia média para as três amostras.
3 Os resultados obtidos nos ensaios de massa específica dos sólidos convergiram com os presentes em bibliografia, com valores que variam de 2, (amostra 8) a 2,67 (amostra 11). A Tabela 2 apresenta os valores obtidos nos ensaios de permeabilidade das amostras 1, 2 e 3 tanto com o índice de vazios máximo como mínimo. Tabela 2. Resultados da permeabilidade em laboratório. Amostras Am. 1 Am. 2 Am. 3 k (cm/s) e máx 8,9 x 1-2 9,72 x 1-2 7,56 x 1-2 k (cm/s) e mín 1,23 x 1-2 1,18 x 1-2 1,34 x 1-2 Os resultados obtidos para os ensaios de permeabilidade foram compatíveis com aqueles previstos por Head (1986) e Sousa Pinto (2). Para a amostra 1 com índice de vazios máximo, o resultado obtido foi de 8,9 x 1-2 cm/s, enquanto que, para a mesma amostra agora com índices de vazios mínimo, a permeabilidade foi de 1,23 x 1-2 cm/s, resultado aproximadamente 7,25 menor. Na amostra 2 o coeficiente de permeabilidade obtido com índice de vazios mínimo (1,18 x 1-2 ) foi 8,25 vezes menor que os resultados obtidos para a mesma amostra na condição de índice de vazios máximo (9,72 x 1-2 ). Finalmente para a amostra 3, o coeficiente de permeabilidade passou de 7,56 x 1-2 cm/s (solo com índice de vazios máximo) para 1,34 x 1-2 cm/s (solo com índice de vazios mínimo), o que equivale a uma redução de 5,65 vezes. Os resultados dos ensaios de cisalhamento direto para cada uma das amostras, com cinco diferentes índices de vazios, estão expressos na Figura 9. Os gráficos presentes nas Figuras 3, 5 e 7 mostram as curvas de tensão cisalhante versus deformação transversal para cada uma das amostras nos diferentes índices de vazios, enquanto que as Figuras 4, 6 e 8 apresentam os gráficos de variação volumétrica versus deformação transversal para cada uma das amostras nos cinco índices de vazios diferentes e = 1 e =, e =,74 e =,84 e =,97 Figura 3. Curvas tensão cisalhante x deformação transversal para a amostra 1. Conforme mostrado nos gráficos da Figura 3, a tensão cisalhante máxima para a amostra 1 foi de aproximadamente de 1 kpa com uma deformação transversal de aproximadamente 3%, obtida para o índice de vazios de 1 (mínimo). 1,5 e = 1 e =, e =,74 e =,84 e =.97 Figura 4. Curvas variação volumétrica x deformação transversal para a amostra e = 3 e =, e =,74 e =,84 e =,95 Figura 5. Curvas tensão cisalhante x deformação transversal para a amostra 2. Os gráficos da Figura 5, mostram comportamentos bastante semelhantes entre as curvas para os índices de vazios de 3 e, da amostra 2. Em conseqüência disso o valor do ângulo de atrito para a amostra nos dois estados de compacidade foram bastante próximos (Ver Figura 9). A tensão cisalhante máxima ocorreu para deformações transversais de aproximadamente 2,6%. -2,5 e = 3 e =, e =,74 e =,84 e =,95 Figura 6. Curvas variação volumétrica x deformação transversal para a amostra 2.
4 e = 7 e =, e =,74 e =,84 e =,99 Angulo de atrito Φ( ) ; 45,5,6; 42,3 3; 39,4,6; 38,7 7; 38,35,6; 36,17,74; 38,7,74; 34,64,74; 32,24,84; 35,8,84; 31,42,84; 27,5,95; 28,84,97; 34,25 Figura 7. Curvas tensão cisalhante x deformação transversal para a amostra 3. A Figura 7 mostra que a tensão cisalhante máxima da amostra 3 foi em torno de 78 kpa, para uma deformação transversal de aproximadamente 3,8%. A tensão cisalhante máxima ocorreu novamente na situação de maior compacidade da amostra. 1,5 e = 7 e =, e =,74 e =,84 e =,99 Figura 8. Curvas variação volumétrica x deformação transversal para a amostra 3. Os gráficos das Figuras 4, 6 e 8 mostram que as amostras com maior índice de vazios, tendem a apenas comprimir quando submetidas a ensaios de cisalhamento direto, enquanto que as amostras no estado de maior compacidade, ou seja, com menor índice de vazios, tendem a comprimir e posteriormente expandir, permanecendo constantes a partir daí. Nos gráficos das Figuras 3, 5 e 7, observa-se que quanto menor o índice de vazios da amostra ensaiada, maior e mais nítido é o pico de resistência do material. Entretanto, houve considerável convergência no valor de resistência residual em todos os estados de compacidade das três amostras. Na Figura 9 são apresentados os valores de ângulo de atrito para cada índice de vazios obtidos através da resistência de pico de cada um dos ensaios. 25,99; 21,83 5,6,65,7,75,8,85,9,95 1 Índice de Vazios Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Figura 9. Curvas de angu x deformação transversal para a amostra 2. De acordo com os resultados apresentados na Figura 9, pode-se observar que à medida que foram elevados os valores de índices de vazios dos solos, o ângulo de atrito obtido diminuiu, para as três amostras. A amostra que mostrou maior decréscimo no ângulo de atrito ao aumentar o índice de vazios foi à amostra 3. A redução foi de 38,4 (obtido com o índice mínimo de vazios) para 21,8 (obtido para o índice de vazios máximo). A amostra 1 foi a que apresentou maior valor de ângulo de atrito para todos os índices de vazios estudados. Esses valores variaram de 45,1 a 34,3. 5 CONCLUSÕES Baseado nos resultados obtidos pode-se concluir que as amostras estudadas são bastante parecidas no que diz respeito às características geotécnicas e a permeabilidade. A granulometria das amostras estudadas é basicamente formada por areia média, areia fina (característica de solos transportados pelo vento), a massa específica dos sólidos variou de 2,g/cm³ a 2,67g/cm³ e a permeabilidade, tanto na situação de índice de vazios máximo quanto mínimo, foi da ordem de 1-2 cm/s. Quanto às propriedades de resistência obtidas nos ensaios de cisalhamento direto, os resultados para a amostra 1 foram superiores aos obtidos para as outras duas amostras. Entretanto as três amostras tiveram comportamentos bastante semelhantes. Todos os resultados obtidos foram compatíveis com aqueles verificados na bibliografia consultada. Os valores de ângulo de atrito obtidos foram inversamente proporcionais ao índice de vazios do solo. Este variou de 21º a 45º e a máxima
5 tensão de cisalhamento obtida foi de 1 kpa (para a amostra 1). Nos gráficos de tensão versus deformação, observou-se que quanto menor for o índice de vazios da amostra ensaiada mais nítido é o pico de resistência do material. Entretanto, houve considerável convergência no valor da tensão pós-pico (resistência residual) em todos os estados de compacidade das três amostras. Nos gráficos de variação volumétrica versus deformação específica, observa-se que nas amostras com maior índice de vazios ocorre apenas compressão, enquanto ocorre uma pequena compressão e posteriormente uma expansão para as situações de menor índice de vazios. REFERÊNCIAS NBR 7181 (1982). Solo - Análise Granulométrica. NBR (1995). Solo - Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares à carga constante. MB-3324 (199). Solo - Determinação do índice de vazios máximo de solos não coesivos. MB-3388 (1991). Solo - Determinação do índice de vazios mínimo de solos não coesivos. Head, K. H. (1986). Manual of Soil Laboratory Testing. John Wiley & Sons, New York, v.2. Lambe, T. W. E Withman, R. V. (197). Soils Mechanics, John Wiley & Sons, New York. Sousa Pinto C S. (2). Curso Básico de Mecânica dos solos em 16 aulas. 2ª ed. Oficina de Textos, São Paulo. Santos Jr., O.F, Silva, J.D. e Silva, W. S. 2. Estudo de Propriedades Geotécnicas de Sedimentos Eólicos do Litoral do Rio Grande do Norte. In: Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, 2, São Paulo. Anais. São Paulo: ABMS, 1 cd-rom. Silva, E. A. J. 2. As Dunas Eólicas de Natal/RN: Datação e Evolução. Dissertação de Mestrado, CCET/ PPGG/UFRN, Natal/RN, 112 p. Stancati, G., Nogueira, J.B, Vilar, O.M Ensaios de Laboratório em Mecânica dos Solos. Reimpressão, publicação: 54/93. São Carlos, Departamento de Geotecnia/EESC/USP, 8 p. Terzaghi, K. (1943). Theoretical Soil Mechanics. John Wiley & Sons, New York.
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