Utilização de parâmetros de resistência natural e inundado na verificação da estabilidade de taludes a leste da falha da Cidade de Salvador

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1 Utilização de parâmetros de resistência natural e inundado na verificação da estabilidade de taludes a leste da falha da Cidade de Salvador Silva, J.C.B.J. da Universidade Federal da Bahia, Salvador, Bahia, Brasil, jcarlos@ufba.br Universidade Estadual de Feira de Santana, Feira de Santana, Bahia, Brasil Resumo: Apresenta um estudo de estabilidade de taludes com análises pelo método de Bishop Simplificado em 30 áreas de encostas, todas situadas à leste da falha de Salvador, região responsável por mais de 60 % dos eventos catastróficos envolvendo rupturas de encostas. Nas áreas são selecionadas uma ou mais seções críticas de escorregamento e efetuadas análises considerando parâmetros de resistência ao cisalhamento obtidos de amostras de solos inundadas e na umidade natural, visando observar a influência da presença de água no cálculo de estabilidade e na adoção de soluções para estabilização de encostas. Abstract: This paper relates analysis of slope stability in 30 areas located in the east side on scarp of Salvador city. These areas are responsible for more than 60 % of the catastrophic events in the city. One ou more critical sections are selected and analysed, taking into consideration natural and inundated parameters of resistence, in order to observe the influence of the water in this estability. All this study has always aimed the optimization of costs to the slope stabilization of underprivileged areas. IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 553

2 1. INTRODUÇÃO Salvador possui hoje cerca de 40% de sua população habitando áreas de urbanização espontânea, não planejada, descontrolada, sem saneamento básico, sem drenagem, sem possibilidade para uma eficiente segurança da população no que tange a acidentes envolvendo encostas ou alagamentos. As habitações são improvisadas e de baixo padrão. Em adensamento progressivo, os habitantes ocupam as áreas necessárias ao escoamento pluvial nas baixadas e escavam perigosamente as encostas para ampliar suas casas. Com a ocupação explosiva das encostas, os acidentes não mais estão confinados à Grande Falha, que separa a cidade alta da cidade baixa, e sim espalhados à leste desta. São pequenas rupturas localizadas no solo argiloso residual da decomposição in-situ do cristalino, mas que, entretanto, provocam inúmeras perdas humanas e materiais nos barracos situados imediatamente abaixo e acima da cunha de ruptura. Por excesso de precaução e algumas vezes desconhecimento de todos os fatores envolvidos nas rupturas, muitos dos projetistas de obras de contenção consideram apenas a coesão inundada destes solos, justificável em grandes obras em que custos adicionais são insignificantes considerando os riscos envolvidos. Porém, no caso de bairros populares, obras que poderiam proteger maior número de pessoas, com razoável eficiência, ficam limitadas às pequenas áreas, deixando uma fatia considerável da população sem nenhum benefício. Nesse trabalho é efetuado um estudo de 30 áreas em encostas de Salvador (Figura 1). Em todas predomina a ocorrência do solo argiloso médio a rijo, residual da decomposição in-situ do cristalino. A totalidade das áreas estudadas é de projetos para estabilização de encostas de áreas carentes da Prefeitura Municipal de Salvador. Nas áreas são selecionadas uma ou mais seções críticas de escorregamento e efetuadas análises de estabilidade, considerando parâmetros de cisalhamento obtidos de amostras inundadas e na umidade natural, visando observar a influência da presença de água no valor da coesão e, consequentemente, no cálculo de estabilidade. Figura 1: localização das áreas estudadas 2. PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO 2.1. Introdução O valor da coesão (c) é tremendamente afetado pelo conteúdo de água. Para um cálculo de es- 554 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

3 tabilidade mais preciso seria necessário considerar a possibilidade e à faixa de variação da umidade em cada caso. A saturação parcial ou total de um solo argiloso gera pressões hidráulicas internas (pressões neutras) que anulam ou reduzem as tensões superficiais responsáveis pela parcela de coesão dita aparente nestes solos Resultados Obtidos Em face da maior ocorrência de eventos catastróficos e obras públicas de contenção de encostas nas áreas fora da zona da falha de Salvador, foram selecionadas 30 áreas para estudo, todas situadas a leste da zona de falha (Figura 1). Em todas as áreas selecionadas, segundo sondagens à percussão, predominam solos residuais do embasamento cristalino, cuja rocha matriz foi, quase sempre, o gnaisse. A espessura de solo intemperizado sempre foi superior a 15 m e o nível d água raramente foi encontrado, e quando identificado, o foi apenas pelas sondagens situadas ao pé do talude. O valor do Índice de Resistência à Penetração Dinâmica (SPT) destes solos foi normalmente superior a 10. Nas áreas selecionadas, foram obtidos um ou mais blocos indeformados que foram ensaiados no Laboratório de Geotecnia da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia. Foram obtidos parâmetros de resistência a partir de ensaio de cisalhamento direto consolidado lento, com amostras na umidade natural (58 amostras) e parâmetros de resistência obtidos de ensaios de cisalhamento direto consolidado rápido e triaxial consolidado não drenado, com amostras previamente inundadas / saturadas (85 amostras). As Figuras 2 e 3 apresentam os números de amostras ensaiadas para os valores do ângulo de atrito obtidos em amostras ensaiadas na umidade natural ou inundadas/saturadas, respectivamente. Figura 2: Número de amostras ensaiadas X ângulo de atrito natural Como pode ser observado, cerca de 74 % das amostras ensaiadas na umidade natural possui angulo de atrito igual ou superior a 31º, enquanto apenas 46 % das amostras ensaiadas na condição inundada (ou saturada) apresentaram os mesmos valores. No total, a inundação da amostra ocasionou um decréscimo nos valores médios do angulo de atrito de aproximadamente de 12 %. Figura 3: Número de amostras ensaiadas X ângulo de atrito inundado IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 555

4 No entanto, o maior efeito na redução dos parâmetros de resistência é observado na coesão (Vide Figuras 4 e 5). Como pode ser constatado, pouco mais da metade (52 %) das amostras ensaiadas na umidade natural apresentou valores de coesão entre 21 e 40 KPa. Aproximadamente o mesmo percentual (56 %) das amostras apresentaram valores de coesão inferiores a 10 KPa, se ensaiadas na condição inundada. Desta forma, a coesão média para as amostras ensaiadas de forma inundada é de cerca de 38 % da média obtida nas amostras ensaiadas na umidade natural. Figura 5: Número de amostras ensaiadas X coesão inundada Figura 4: Número de amostras ensaiadas X coesão natural 3. ANÁLISES DE ESTABILIDADE DE TALU- DE 3.1. Metodologia Empregada Como já mencionado anteriormente, foram selecionadas 30 áreas para estudo, sendo efetuadas análises de estabilidade em uma ou mais seções de uma mesma área, dependendo da topografia e dimensões da área. Para a análise de estabilidade dos taludes utilizou-se o método de Bishop Simplificado, supondo a hipótese de ruptura do tipo circular [Bishop (1955)]. O método de estabilidade de Bishop foi utilizado em função: da alta aplicabilidade nas retroanálises efetuadas em escorregamentos em Salvador [CEPED (1989); CEPED (1990); CEPED (1995); CEPED (1992); Clube de Engenharia da Bahia (1993)], das cunhas de ruptura aproximadamente circulares nos escorrega-mentos observados [Santos e outros (1992); Presa & Silva (1978)], por ser um método amplamente conhecido e utilizado o meio técnico, e pela fácil trabalhabilidade, permitindo simular praticamente todas as situações que envolvem o trabalho de análise de estabilidade de taludes. Duas condições foram analisadas. A primeira com referência a situação natural do solo, considerando sua não saturação. Neste caso foram utilizados parâmetros obtidos de ensaio de cisalhamento direto consolidado lento, com amostras na umidade natural. Na segunda análise, procurou-se simular a condição crítica de 556 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

5 redução substancial dos efeitos da sucção no solo, utilizando-se parâmetros de resistência obtidos de ensaios de cisalhamento direto consolidado rápido e triaxial consolidado não drenado, com amostras previamente inundadas e saturadas, respectivamente. Onde existiram mais de um bloco, os parâmetros foram adotados nas análises de estabilidade, considerando a média dos resultados observados numa mesma área. Os ensaios triaxiais apresentaram três grandes problemas que limitaram em muito sua aplicação no trabalho: a dificuldade de moldagem de CP s no material residual, a representatividade dos CP s moldados e os resultados obtidos em termos de envoltórias. As retiradas dos blocos indeformados foram orientadas de modo a se obter elementos técnicos associados aos aspectos de: diferenciação dos solos envolvidos, identificação dos perfis de intemperismo de cada solo e das estruturas reliquiares e identificação das singularidades geológicas mais importantes que poderiam influenciar as rupturas. Foi utilizado o Programa PC-SLOPE, que realiza até 30 interações para sua convergência. Em cada seção selecionada foram estudadas até 120 superfícies de escorregamento, sendo cada superfície subdividida em pelo menos 20 fatias. Foram efetuadas 103 análises de estabilidade, sendo 49 utilizando parâmetros naturais e 54 com parâmetros inundados. Também foram obtidos dados de inclinação média dos taludes, que tiveram como finalidade à tentativa de propor uma associação com tipo de intervenção para sua estabilização. No entanto devem ser considerados pelo menos quatro limitações na obtenção de fatores de segurança através do método sugerido de análise: a geometria da ruptura, embora, conforme observado na imensa maioria dos casos históricos analisados, seja aproximadamente circular; a adoção de parâmetros de resistência ao cisalhamento não é tão segura em se tratando de solos residuais jovens com estruturas reliquiares; o número de materiais envolvidos e a posição espacial destes materiais não é de fácil definição; a dificuldades de se conhecer as pressões neutras envolvidas. No caso das análises foi definido valor de ru=0,0, considerando a improvável elevação de nível d água até as zonas de rupturas envolvidas e fluxos localizados nas fissuras reliquiares em vazões tais que não sejam drenadas livremente Resultados Obtidos Nas Figuras 6 e 7 são apresentados os números de análises efetuadas para os fatores de segurança obtidos nas análises utilizando parâmetros de resistência ao cisalhamento de amostras na umidade natural e inundadas (ou saturadas), respectivamente. Figura 6: Número de análises efetuadas X F. S. (Bishop) amostra natural IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 557

6 pode ser observado que valores iguais ou inferiores a 1,40 ocorreram em taludes com inclinações superiores a 50º. Este dado, apesar de não conclusivo, leva a crer que taludes com inclinações de até 50º, apenas a redução do acesso de água seria suficiente para sua estabilização. Figura 7: Número de análises efetuadas X F. S. (Bishop) amostra inundada Como pode ser observado, no caso da utilização de parâmetros inundados, quase metade das análises (48 %) apresentou fatores de segurança menores que a unidade, o que caracteriza um estado crítico de instabilidade instalado e 86 % apresentaram fatores de segurança inferiores a 1,40. Considerando as análises efetuadas com parâmetros naturais, todas as análises apresentaram fatores de segurança superiores a unidade e 79 % dos valores foram maiores que o valor de 1,40. Na figura 8 é efetuada uma correlação entre a inclinação média do talude analisado e o fator de segurança obtido de análise de estabilidade pelo método do Bishop Simplificado, considerando apenas amostras ensaiadas na umidade natural. Não existiu uma correlação clara entre os fatores de segurança obtidos na análise de estabilidade e a inclinação média do talude, uma vez que fatores tais como detalhes da topografia (pequenos cortes e aterros), altura do talude e os valores dos parâmetros de resistência ao cisalhamento, entre outros, contribuíram para divergência entre os resultados. No entanto, Figura 8: Fator de Segurança X inclinação média do talude 4. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES O comportamento geotécnico dos solos residuais do embasamento cristalino, cuja rocha matriz é o gnaisse, é excelente. No entanto, sob efeito do aumento do grau de saturação, os valores do angulo de atrito são reduzidos em apenas 12 % em média. Com relação à coesão, o valor médio nos ensaios inundados é de cerca de 38 % da média obtida nas amostras ensaiadas na umidade natural. Em face destas características, pode-se efetuar cortes de grande altura, estáveis, desde que mantida a condição parcialmente saturada. Nas áreas estudadas, as rupturas são sempre localizadas (e não generalizadas) e relativamente rasas, pois se dão pela saturação local por 558 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

7 concentração de águas de escoamento e conseqüente redução do valor da coesão. Como o solo possui relativa baixa permeabilidade, é extremamente difícil a água atingir grandes profundidades. Por excesso de precaução e algumas vezes desconhecimento de todos os fatores envolvidos nas rupturas, os projetistas de obras de contenção consideram apenas a coesão inundada destes solos, justificável em grandes obras em que custos adicionais são insignificantes considerando os riscos envolvidos. Porém, no caso de bairros populares, obras que poderiam proteger maior número de pessoas com razoável eficiência, ficam limitadas a pequenas áreas, deixando uma fatia considerável da população desassistida. Soluções tais como: a construção do sistema de drenagem superficial (ou impermeabilização do talude), a eliminação completa de fluxos d água localizados, a retirada do lixo e entulho da face do talude e a sua suavização dentro da área disponível, são suficientes para estabilização de cerca de 80 % dos casos de instabilização de encostas analisados. No entanto, os critérios a ser fixados, para adoção de parâmetros de resistência mais reais nos projetos de estabilização, não deverão ser de responsabilidade restrita de cada projetista, e sim, objeto de um amplo estudo entre contratantes e projetistas, de forma a estabelecer homogeneidade de ações. Lembrando que, embora o fator chuva esteja mais presente como evento desencadeante do processo de ruptura, uma contribuição pontual de água (rupturas de tubulações) foi preponderante em pelo menos sete dos casos relatados nos últimos 10 anos na cidade de Salvador, muitos dos quais, com inúmeros prejuízos e perdas de vidas humanas. Por outro lado, embora este estudo não seja conclusivo, existem indicações que taludes com inclinações médias de até 50º, apenas a redução do acesso de água seria suficiente para sua estabilização. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bishop, A. W. (1955). The Use of the Slip Circle in the Stability Analysis of Earth Slopes. Geotechnique, vol 5, pp. 7 a 17. CEPED (1989). Análise de estabilidade do Talude de Cosme de Farias. Relatório Técnico. Camaçari. Dezembro de CEPED (1990). Relatório Técnico Preliminar de visita do Escorregamento do Talude do Bairro da Liberdade - Salvador. Camaçari. Novembro de CEPED (1995). Análise de estabilidade da Ruptura de Talude do Parque São Braz - Federação - Salvador. Relatório Técnico. Camaçari. Maio de CEPED (1992). Ruptura da Encosta do Lobato. Relatório Técnico Final. Camaçari. Maio de Clube de Engenharia da Bahia (1993). Encostas de Salvador: Problemas e Soluções Técnicas. Propostas e Documentos Veiculados no Seminário. Salvador. Março de v.2. Fredlund, D. G. e Rahardjo, H. (1993). Soil Mechanics for Unsaturated Soils. Wiley- Interscience Publications. Presa, E. P. & Silva, J. C. F. da (1978). Escorregamento no Maciço do Julião - Salvador. 2º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia. v. 2. p Santos, L. A. de O.; Lima, I. de A.; Silva, J. C. B. J. da & Leal, G. R. N. (1992). Condicionamento Geológico de Uma Ruptura de Encostas na Falha de Salvador. 1ª Conferencia Brasileira Sobre Estabilidade de Encostas - COBRAE. Rio de Janeiro. Novembro de p IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 559

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