Aspectos Geotécnicos do Escorregamento de Encosta da Rodovia SC-401/Florianópolis

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1 Aspectos Geotécnicos do Escorregamento de Encosta da Rodovia SC-401/Florianópolis Orlando Martini de Oliveira Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil. Rodrigo Bim Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, Murilo da Silva Espíndola Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, RESUMO: Neste artigo serão abordados alguns dos aspectos geotécnicos associados ao maior escorregamento de encosta ocorrido em Florianópolis no mês de novembro de No final deste trágico ano o estado de Santa Catarina foi palco de um evento climático associado a chuvas intensas ao longo de três meses consecutivos que ocasionaram milhares de escorregamentos. O maior escorregamento ocorrido na ilha de Florianópolis, na SC401, será analisado tomando com base os ensaios de caracterização do perfil do solo, quantificação dos parâmetros de resistência, considerações sobre a geologia local e fatores antrópicos. Na face exposta do solo, localizada no fundo da feição do escorregamento, foram retirados três blocos para realização de ensaios de caracterização, permeabilidade e de cisalhamento direto. Além dos ensaios de laboratório foram realizados estudos de campo, consulta de mapa geológico, pedológico e de documentos obtidos no Departamento Estadual de Infra Estrutura (DEINFRA) e na Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural (EPAGRI/SC). Entre os aspectos relacionados ao escorregamento destaca-se a presença de um dique de rocha básica no topo da encosta o que sugere a presença de rocha muito fraturada e a facilidade de acesso da água para o maciço de granito localizado abaixo do perfil de solo estudado. O baixo valor da permeabilidade do solo e a possibilidade de uma permeabilidade maior das descontinuidades do maciço de granito possibilitam considerar a hipótese de redução dos valores de resistência ao cisalhamento das descontinuidades da rocha em função do aumento da poro-pressão de água em seu interior, sendo este o principal agente predisponente relacionado ao escorregamento. PALAVRAS-CHAVES: Estabilidade de taludes, Deslizamento de encostas, Escorregamentos 1 INTRODUÇÃO Muitos dos aspectos relacionados às causas que deflagram os movimentos de encostas estão sendo investigados em diversos centros de pesquisa espalhados pelo mundo. A importância da investigação deste tema se deve à grande quantidade de pessoas que perderam suas vidas e aos prejuízos econômicos causados pelo grande poder destrutivo dos diferentes tipos de escorregamento. Os impactos sócio-econômicos chegam à cifra de bilhões de dólares em todo mundo (Schuster, 1996). Estima-se que no Brasil, entre os anos de 1988 e 2007, tenha ocorrido mais de 1600 mortes (IPT, 2006). Além dos fatores antrópicos, geomorfológicos, tipos e espessura de solo, os escorregamentos de encosta no Brasil estão associados principalmente com a estação das chuvas. Durante o verão ocorrem sucessivos choques entre as massas de ar quente com as frentes frias que geram instabilidades atmosféricas que se transformam em fortes chuvas e tempestades deflagradoras de grandes instabilidades de encostas (Guidicini e Nieble, 1984). O estado de Santa Catarina, no final de 2008, foi palcos de uma das maiores catástrofes

2 naturais, relacionadas a escorregamentos de encostas, ocorridas no Brasil. Estes escorregamentos vieram associados a problemas de erosão, assoreamento e inundações. Segundo levantamento realizado pela Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina (EPAGRI/SC), os processos citados anteriormente afetaram mais de 60 cidades e mais de 1,5 milhões de pessoas, com 133 mortes, 22 desaparecidos e mais de habitantes que tiveram que abandonar suas casas. Uma das regiões mais afetadas foi o Complexo do Morro do Baú, que engloba parte dos Municípios de Ilhota, Gaspar e Luiz Alves no norte do estado (EPAGRI/SC, 2009). O levantamento realizado por técnicos da EPAGRI/SC em 61 pontos de escorregamentos relacionados à obstrução das vias de acesso ao Complexo do Morro do Baú constatou que 85% dos mesmos teve relação direta com algum tipo de ação antrópica caracterizada por áreas de reflorestamento, lavouras de banana e solo exposto (EPAGRI/SC, 2009). A região costeira do estado de Santa Catarina, localizada entre o Oceano Atlântico e o Planalto da Serra Geral esta submetida a um conjunto de fatores, tais como condições climáticas, aspectos geológicos e geomorfológicos e uso da terra que configura uma região com alto grau de risco de desastres naturais e de escorregamento de encostas (Dias, 2009). O período de chuvas mais intensas do evento ocorrido no final de 2008 em Santa Catarina foi entre os dias 20 e 24 de novembro. Neste evento estima-se que tenha ocorrido mais de 4000 escorregamentos de encosta de diferentes tipos, tais como, escorregamentos translacionais, circulares, corridas de lama e de detritos. Neste artigo serão apresentados os principais condicionantes geológicos e geotécnicos do maior escorregamento de encosta ocorrido na ilha de Florianópolis/SC no final de ASPECTOS GERAIS DO ESCORREGAMENTO DA RODOVIA SC401 O maior escorregamento de encosta localizado na ilha de Florianópolis/SC, associado ao evento de 2008, ocorreu no km 14 da rodovia SC401, no dia 23 de novembro às 18h30min. A localização do escorregamento esta apresentada na Figura 1. Figura 1 Localização do escorregamento da SC401. Para se avaliar a partir de que momento as chuvas se tornaram mais intensas e duradouras foi feita uma análise de 10 anos de chuvas mensais. Na Figura 2 estão apresentadas as chuvas mensais ocorridas em Florianópolis/SC entre os anos de 2000 e Além destes dados está apresentada nesta figura uma curva com as médias mensais destes 10 anos. Os dados foram fornecidos pela EPAGRI/SC e obtidos da Estação Florianópolis localizada a aproximadamente 6 km do local do escorregamento. Observa-se na Figura 2 que a curva dos dados mensais das chuvas de 2008 se afasta da curva das chuvas médias ocorridas entre os anos de 2000 e 2010 a partir do mês de setembro. Portanto, as chuvas associadas ao escorregamento da SC401 tiveram início em setembro, atingindo valores máximos em novembro com chuva acumulada de 642 mm, passando a partir deste mês a se aproximar da curva média.

3 Chuva diária (mm) Chuva acumulada mensal (mm) Curva Média Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Figura 2 Chuvas acumuladas mensais dos anos de 2000 até 2010 (Dados registrados na estação Florianópolis. Fonte: EPAGRI/SC). As chuvas diárias ocorridas no mês de novembro, medidas na Estação Florianópolis, estão apresentadas na Figura 3. Observa-se que o dia 23 de novembro, dia do escorregamento, foi o dia mais chuvoso com valor de 160 mm. De 20 a 24 de novembro foi registrado 303 mm de chuva. Mês lacustres e fluviais, formados no Período Quaternário. O escorregamento ocorrido na SC401 se deu em uma encosta formada por solo residual de granito, classificado por Santos (1997) como podzólico Vermelho-Amarelo. Na Figura 4 esta representada a região da encosta afetada pelo escorregamento e a região do entorno da SC401 atingida pelo material escorregado. Estão representadas também as curvas de nível e as respectivas altitudes em relação ao nível médio do mar. Esta figura fornece uma idéia da dimensão e formato da região do escorregamento que atingiu uma altura de 55 metros acima do nível da rodovia SC SC Novembro/2008 Figura 3 Chuvas diárias ocorridas no mês de novembro de 2008 (Dados registrados na Estação Florianópolis. Fonte: EPAGRI/SC) As chuvas ocorridas no período de 20 a 24 de novembro, tiveram como causa um bloqueio atmosférico no oceano Atlântico, acompanhado por um vórtice ciclônico em altitude (entre 4000 m e 5000 m), localizado entre o leste de Santa Catarina e o leste do Paraná, favorecendo a ascensão do ar úmido ao longo da Serra do Mar (Dias, 2009). A geologia da Ilha de Santa Catarina é basicamente constituída por granitos, que formam os morros e pertencem à Suíte Intrusiva Pedras Grandes formada no Proterozóico Superior (500 Ma), por diques de diabásio encaixados no granito, pertencentes à Formação Serra Geral de idade Juro-Cretácea (190 Ma), e pelos depósitos de origem marinha, eólica, Figura 4 Região afetada pelo escorregamento e pelo material escorregado. Um Filme do momento do escorregamento, disponibilizado no site mostra que, em função de apresentar uma escarpa de solo exposta, já tinha acontecido um escorregamento anterior indicando que o mesmo se deu em etapas. A foto da Figura 5 mostra o material do escorregamento sobre as duas vias da SC401. Este material soterrou um caminhão vitimando o seu motorista. Observase a grande quantidade de blocos de granito junto com a massa de solo. A cor escura destes blocos, característica da presença de musgos e liquens, e seu formato mais arredondado são um indicativo de que estavam presentes sobre a superfície do terreno, tendo sido expostos por processos erosivos.

4 ao escorregamento estão apresentadas na Figura 10. Figura 5 Interdição da rodovia SC401 pelo material do escorregamento (Foto: Flávio Neves). A foto da Figura 6 mostra os trabalhos de remoção do material do escorregamento, observando-se uma grande quantidade de blocos de granito envoltos na massa de solo. Estes blocos apresentam a coloração cinza claro, característica do Granito Ilha como rocha sã. O formato irregular e a coloração mais clara dos mesmos indicam que estavam presentes no interior do solo e no topo do maciço rochoso. Figura 7 Vista do escorregamento a partir da SC401. Figura 8 Visto do topo do escorregamento mostrando a SC401. Figura 6 Trabalhos de remoção do material do escorregamento (foto: Hermínio Nunes). Portanto, o escorregamento mobilizou a camada de solo residual e a rocha presente abaixo da mesma e em seu interior. As Figuras 7 e 8 apresentam imagens da região do escorregamento vista da SC401 para o topo e do topo para a SC401, respectivamente. Na Figura 9 está representada a região atingida pelo escorregamento com as curvas de nível determinadas para o instante anterior ao evento. As curvas de nível desta figura permitem concluir que a encosta do local do escorregamento apresenta uma superfície ondulada, com inclinações que variam entre 26 o e 45 o. As curvas de nível do momento posterior Figura 9 Representação das curvas de nível da região atingida pelo escorregamento anterior a sua ocorrência.

5 Porcentagem que passa de um bloco de solo do horizonte B e dois blocos de solo do horizonte C. No laboratório de mecânica de solos da UFSC foram realizados ensaios de caracterização, permeabilidade e de cisalhamento direto. Na Tabela 1 estão apresentados os resultados dos ensaios de caracterização e de índices físicos para as amostras dos horizontes B e C. A densidade dos grãos para os dois horizontes de solo foram iguais a 27 kn/m 3. Tabela 1 Resultados dos ensaios de caracterização e de índices físicos. Horizonte d e w l w p I p kn/m 3) (%) (%) (%) B 14,4 0,88 70,6 44,5 26,1 C 13,8 0,96 55,4 37,7 17,7 d peso específico seco, e índice de vazios, W l limite de liquidez, w p limite de plasticidade, I p Índice de plasticidade Figura 10 Representação das curvas de nível da região atingida pelo escorregamento após a sua ocorrência (Deinfra, 2008). Utilizando os resultados das Figuras 9 e 10 pode-se cruzar as informações dos modelos digitais das curvas de nível no programa ARCGIS, utilizando a ferramenta 3D Analyst Tools/TIN Surface/TIN Difference, obtendo-se como resultado um volume de ,78 m³ para a cavidade aberta pelo escorregamento (ver Figuras 7 e 8). O volume de solo e de rocha mobilizado pelo escorregamento é maior que este valor, pois uma grande parte do mesmo ficou no interior cavidade. Na carta de plasticidade de Casagrande os horizontes B e C do perfil de solo estudado se classificam como silte inorgânico de alta plasticidade. A distribuição granulométrica destes horizontes de solo esta apresentada na Figura RESULTADOS DOS ENSAIOS DE LABORATÓRIO Na superfície de solo que ficou exposto na face do topo do escorregamento pode-se constatar, através da análise da coloração e textura, três diferentes horizontes de solo. Abaixo do horizonte superficial escuro enriquecido em matéria orgânica (Horizonte A), com espessura inferior a 50 cm, vem um horizonte mais avermelhado (Horizonte B), de espessura variável, seguido de um horizonte de tom mais claro tendendo para o amarelo (Horizonte C). Nesta superfície, onde foram identificados estes horizontes, foi feita a coleta ,001 0,01 0, Diâmetro dos grãos (mm) Horizonte B Horizonte C Figura 11- Curvas granulométricas dos horizontes B e C do solo residual de granito. Na Tabela 2 estão apresentadas as frações de argila, silte, areia e pedregulho obtidas da Figura 11. Nesta tabela estão incluídos os valores do coeficiente de permeabilidade determinada na condição saturada e obtidos de ensaios de carga variável. Destaca-se na Figura 11 a predominância de argila do horizonte B (51%) e no horizonte C o predomínio da fração areia (38 %). A cor mais clara do horizonte C se

6 Tensão Cisalhante (kpa) deve à presença de feldspato que ainda não foi intemperizado neste solo mais jovem. Tabela 2 granulometria e coeficiente de permeabilidade do solo residual de granito Horizonte Argila Silte Areia Pedreg. K (%) (%) (%) (%) (cm/s) B ,1E-5 C ,5E-6 K coeficiente de permeabilidade Mesmo apresentando um índice de vazio um pouco menor e uma maior quantidade de argila o horizonte B apresenta, em relação ao horizonte C, um coeficiente de permeabilidade maior. È comum que nos horizontes de solos residuais maduros ocorra, em função dos processos de lixiviação e agregação de partículas de argila, o desenvolvimento de uma macroestrutura de poros que o torna mais permeável que os horizontes mais jovens que ainda guardam uma estrutura herdada da rocha matriz. Dos ensaios de cisalhamento direto, obtevese valores de coesão e ângulo de atrito efetivo da mesma ordem de grandeza para os dois horizontes de solo com valores respectivamente iguais a 15 kpa e 31 o. Estes resultados estão apresentados na Figura 12. permeável, ambos apresentando o mesmo valor de coesão e ângulo de atrito efetivo. 3 RESULTADOS DOS ESTUDOS DE CAMPO A presença de um alinhamento em forma de vale no topo da encosta, observada em imagens obtidas do Google earth, levou a se considerar a hipótese da presença de um dique de diabásio encaixado no maciço de granito. A presença do dique foi confirmada em visitas de campo. A Figura 13 apresenta uma foto da região do escorregamento onde estão indicados alguns pontos onde se constatou afloramentos de diabásio. As visitas de campo permitiram identificar a região do dique, com espessura da ordem de 170 metros, estando os seus limites indicados na Figura 13. Este dique atravessa a SC401 e, de acordo com os estudos de Huri (1998), foi um importante condicionante geológico dos escorregamentos ocorridos em 1983 e 1996 no talude do lado oposto do escorregamento aqui estudado. As regiões dos diques estão associadas a vários problemas de instabilidade de encosta em Florianópolis. 200 Limites do dique SC401 Local do escorregamento Locais com presença de diabásio 50 Horizonte B Horizonte C Tensão normal (kpa) Figura 12 Resultados dos ensaios de cisalhamento direto inundado realizados em amostras dos horizontes B e C. Os resultados de laboratório indicam que, em relação ao horizonte C, o horizonte B é mais argiloso, mais plástico, apresenta uma menor quantidade de feldspato sendo o mais Figura 13 Região do dique localizada acima do escorregamento Alguns deles foram estudados por Huri (1998), Teixeira (1997) e Rego Neto (1987). Os diques de diabásio são formados pelo resfriamento do magma básico que, no caso de estudo aqui apresentado, se encaixa nas descontinuidades do granito, formando paredes verticais a subverticais. O resfriamento deste magma próximo da superfície faz com que o mesmo apresente um fraturamento pouco

7 espaçado (até 50 cm) e preferencialmente horizontal, ou seja, perpendicular a sua maior dimensão. Os minerais ferromagnesianos do diabásio e o seu fraturamento pouco espaçado faz com que o mesmo, em relação ao maciço de granito, se intemperize mais rapidamente formando assim um vale alinhado e encaixado no maciço de granito. Nas visitas de campo foi constatada neste vale a presença de canais de drenagem onde ocorre o afloramento do diabásio. Na Figura 14 é apresentada a foto de um destes canais de drenagem. Figura 14 Canal de drenagem na região do dique de diabásio 4 ANÁLISE DOS RESULTADOS Entre os aspectos relacionados ao escorregamento destaca-se a presença de um dique de rocha básica no topo da encosta o que sugere a presença de rocha muito fraturada. Na Figura 15 é apresentada, em escala, uma secção perpendicular a rodovia SC401 no local do escorregamento. Esta secção foi definida tendo como base os resultados dos estudos de campo, que permitiram a determinação do local do dique de diabásio, e as curvas de nível da região do escorregamento. Nesta figura esta representada o corte dado na encosta para construção da rodovia SC401 e um desenho esquemático do fraturamento mais espaçado do maciço de granito e do fraturamento com espaçamento menor e preferencialmente na horizontal do maciço de diabásio. As setas indicam os possíveis caminhos seguidos pela água nas descontinuidades destes dois maciços rochosos. O coeficiente de permeabilidade dos maciços rochosos depende, entre outros fatores, do número de famílias de descontinuidades e de suas características geométricas, tais como atitude, abertura e preenchimento. Segundo Goodman (1989) o coeficiente de permeabilidade dos maciços rochosos de granito varia entre 10E-4 cm/seg a 10E-9 cm/seg e o dos maciços rochosos de basaltos varia entre 10E-2 cm/seg a 10E-7 cm/seg. Levando em consideração estes valores do coeficiente de permeabilidade, a presença dos canais de drenagem (Figura 14) e os valores do coeficiente de permeabilidade do solo residual de granito, que é da ordem de 10E-5 cm/seg, pode-se considerar a hipótese de que parte das chuvas registradas nos meses que antecederam o escorregamento penetraram com maior facilidade pelo dique de diabásio e tiveram acesso ao maciço de granito. O solo acima do maciço de granito (ver Figura 15) pode ter funcionado como um material confinante da água presente neste maciço. A poro-pressão da água do maciço de granito está relacionada com o nível da água presente no maciço de diabásio. A hipótese aqui levantada é de que o nível do lençol freático no dique de diabásio, após os meses de setembro, outubro e novembro de 2008, estava muito próximo da superfície, gerando assim uma elevada poro-pressão na água presente nas descontinuidades do granito. Esta elevada poro-pressão se deve ao efeito do confinamento imposto pelo solo residual que apresenta menor permeabilidade. Este fato reduziu as tensões efetivas atuantes nas descontinuidades do granito com consequente diminuição de sua resistência ao cisalhamento, provocando assim o escorregamento da encosta. O escorregamento ocorrido na SC401 envolveu assim o solo residual e o maciço rochoso de granito. Um provável formato para a superfície de ruptura esta apresentada na Figura 15.

8 0 50m Solo residual Superfície de ruptura Corte SC401 Granito Dique de diabásio Granito Figura 15 Seção geológica perpendicular a SC401 no local do escorregamento 5 CONCLUSÕES O escorregamento ocorrido na SC401, localizado na ilha de Florianópolis/SC, mobilizou o solo residual e o maciço rochoso de granito. Os dados de estudos de campo e de laboratório indicam a possibilidade de que tenha ocorrido uma redução das tensões efetivas no interior das descontinuidades do maciço de granito. Esta redução, associada à redução da resistência ao cisalhamento, que levou ao escorregamento da encosta, esta relacionada às chuvas intensas ocorridas nos três meses que antecederam o escorregamento. A infiltração de água para o maciço de granito se deu através do dique de diabásio. O solo residual da encosta, com coeficiente de permeabilidade menor que o do maciço rochoso funcionou como um material confinante da água presente no interior das descontinuidades do granito. Portanto, o dique de diabásio e o corte dado para a construção da rodovia SC401 foram os principais agentes predisponentes do escorregamento. REFERÊNCIAS Goodman R. E. (1989) Introduction to Rock Mechanics, 2nd edn. John Wiley,Chichester, 562pp Guidicini, G. E Nieble, C. M. (1984). Estabilidade de Taludes Naturais e de Escavação. 2a.ed. São Paulo: Edgard Blücher. Raimundo, H. A. (1998). Aspectos Geotécnicos e Pluviométricos associados a instabilidade de encosta em Florianópolis SC. Dissertação de mestrado apresentada a UFSC, 325 p. Schuster (1996) Socioeconomic significance of landslide. In Turner AK, Schuster RL (eds) Landslides Investigation and Mitigation, National Academy of Sciences, Washington, DC, Transportation Research Board Special Report 247, pp Rego Neto, C. B. (1987) - Mapa de Uso do Solo Recomendado (Morro da Cruz - Florianópolis - S.C.). Dissertação de Mestrado. Curso de Pós-Graduação em Geologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. Santos, Glaci T. (1997) - Integração de Informações Pedológicas, Geológicas e Geotécnicas Aplicadas ao Uso do Solo Urbano em Obras de Engenharia. Porto Alegre. Tese (Doutorado em Engenharia) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Sul -PPGEM/UFRGS. Teixeira, V. H. (1997) - Áreas de Risco nas Encostas de Florianópolis. In: 20 SEMINÁRIO - CONTENÇÃO DE ENCOSTAS EM FLORIANÓPOLIS. (abril : 1997 : Florianópolis). Anais. Florianópolis: Associação Catarinense de Engenharia - ACE. Dias, M. A. F. S. (2009). Nota técnica: As chuvas de novembro de 2008 em Santa Catarina: um estudo de caso visando à melhoria do monitoramento e da previsão de eventos extremos, 67 p. EPAGRI (2009). Relatório Sobre o Levantamento dos Deslizamentos Ocasionados pelas Chuvas de Novembro de 2008 no Complexo do Morro do Baú Municípios de Ilhota, Gaspar e Luiz Alves, 101 p.