Proposta de estudos para a análise da estabilidade das obras de terraplenagem de loteamentos urbanos em relevos acentuados Augusto Filho, O. Escola de Engenharia de São Carlos - USP, São Carlos, SP, Brasil, oafilho@sc.usp.br Resumo: O trabalho apresenta uma proposta de estudos para subsidiar a análise de estabilidade das obras de terraplenagem de loteamentos urbanos em áreas apresentado relevo acentuado. A proposta de estudos combina a utilização de ferramentas de análise espacial providas pelos Sistemas de Informação Geográfica SIG e pelos métodos tradicionais de investigação, caracterização e análise geológico-geotécnica, abrangendo levantamentos de superfície, sondagens a percussão com ensaio SPT e programas de análise de estabilidade de taludes. O projeto de um loteamento no município de Araçariguama (estado de São Paulo) é utilizado para testar a aplicação da proposta de estudos investigada e analisar sua viabilidade técnica com base nos resultados obtidos. Abstract: The paper presents a study proposal to provide the slope stability analysis of the earth-moving works of urban allotments in areas presenting accented relief. The study proposal combines the use of spatial analysis tools provided by the Geographical Information Systems GIS and by the traditional methods of geotechnical investigation, characterization and analysis, including surface surveys, percussion drilling with SPT essay and slope stability analysis software. The allotment project in the Araçariguama municipality (São Paulo state) is used to test the application of the researched study proposal and to analyze its technical viability based on the obtained results. 1 INTRODUÇÃO A ocupação urbana em áreas de relevo acidentado é uma problemática constante para os diferentes profissionais que atuam em projetos de engenharia e na gestão das cidades brasileiras. Os recorrentes acidentes associados aos deslizamentos e outros processos de instabilização de encostas em várias cidades e estados do nosso território estão principalmente associados aos assentamentos urbanos precários (favelas), cujo processo de ocupação se faz fora dos procedimentos legais e técnicos regulares, sem a elaboração de projetos de parcelamento do solo e o acompanhamento técnico da sua implantação. Vários municípios têm realizado ações voltadas para a redução dos riscos de deslizamentos nestas áreas, sendo que nos últimos anos, muitas delas têm sido coordenadas e financiadas pelo Governo Federal, através de um programa específico do Ministério das Cidades, o Programa Urbanização, Regularização, e Integração de Assentamentos Precários (www.cidades.gov.br/secretariasnacionais/programas-urbanos/programas). Além deste problema socioeconômico, as secretarias de habitação de muitos municípios têm a necessidade de conviver com os processos regulares técnico-administrativos voltados à aprovação de parcelamentos urbanos de solo (loteamentos) em áreas declivosas, devido às características intrínsecas do relevo dos seus territórios e a falta de outras áreas com topografia mais favorável. Desta forma, além dos aspectos da legislação pertinente (código Florestal, Lei Federal de Parcelamento do Solo Urbano 6.766/79, etc.), normas e procedimentos técnicos específicos têm sido demandados, tanto para os profissionais atuantes no Poder Público, como para os responsáveis técnicos pelos projetos destes empreendimentos. Buscando contribuir com esta demanda técnica, este artigo discute uma proposta de estudos para subsidiar a avaliação da estabilidade das obras de terraplenagem, que tende a ser um dos aspectos de projeto mais críticos nestes loteamentos em relevo acidentado. 2 PROPOSTA DE ESTUDOS A proposta de estudos apresentada neste trabalho está baseada no roteiro de investigação, caracterização e análise de movimentos de encosta e taludes proposto por Augusto Filho (1992), que combina os métodos de investigação de superfície, 1
subsuperfície, ensaios (campo e laboratório) e instrumentação em etapas sucessivas de detalhamento. Os trabalhos apresentados por Moretti (1987), Cunha et al. (1991) e Farah (2003), tratando de condicionantes geotécnicos e ambientais em projetos de loteamentos urbanos, com destaque para os empreendimentos em áreas de relevo acidentado, também se constituem em referencial técnicocientífico básico da presente proposta de estudos. Tendo como referência metodológica geral estes trabalhos citados anteriormente e incorporando algumas ferramentas de análise espacial disponíveis em Sistemas de Informação Geográfica SIG, é sugerido um roteiro de estudos para a avaliação da viabilidade técnica de loteamentos urbanos em áreas de relevo acidentado, contendo as seguintes sete etapas principais: 1 Coleta, tratamento e síntese dos dados regionais (secundários): seleção e montagem da base cartográfica digital (mapas topográficos escalas 1:50.000 a 1:10.000); preparação e ajuste nesta base cartográfica digital regional de outros mapas temáticos de interesse (geológico, geomorfológico, pedológico, geotécnico, etc.) e de imagens de satélite (site da Google Earth, por exemplo) e de fotos aéreas disponíveis; tratamento e elaboração de uma síntese com as principais características e prováveis restrições geológico-geotécnicas previstas para o empreendimento; 2 Levantamento e tratamento com as ferramentas de geoprocessamento do SIG de dados cartográficos de detalhe: levantamento topográfico de detalhe; (escalas 1:1.000 a 1:500); elaboração do Modelo Digital de Elevação (MDT), do mapa de declividade e de outros mapas digitais derivados do MDT (direção de mergulho das vertentes; sombreamento de relevo, visualização 3D maquetes digitais, etc.); 3 Levantamentos de campo: identificação das características do perfil de alteração da área do loteamento, utilizando classificações geológico-geotécnicas dos maciços terroso e rochoso no mapeamento dos principais horizontes, coleta de amostras para ensaios de caracterização geotécnica (granulometria, resistência, etc.); cadastro de feições de instabilização (cicatrizes, trincas, abatimentos, feições erosivas, etc.) e de outras características geotécnicas, de uso e cobertura de interesse na dinâmica dos movimentos de encosta (áreas de saturação no terreno; concentração de água superficial, cortes e aterros, etc.); 4 Realização de investigações de subsuperfície: sondagens a trado, a percussão (SPT ou CPT) complementadas ou não por prospecção geofísica, de forma a complementar as características do perfil de alteração (topo rochoso, nível d água; capacidade de suporte do terreno, etc.), subsidiando a análise das encostas e também outros parâmetros de projeto importantes para o loteamento a ser implantado (categoria de material a ser escavado, obras de infra-estrutura; condições de fundação, etc.); 5 Análise dos dados de detalhe: elaboração de seções geológico-geotécnicas integrando os dados de superfície e subsuperfície; análise do projeto geométrico do loteamento, do sistema viário e da distribuição dos lotes, utilizando as ferramentas do SIG; 6 Análise da estabilidade do projeto de terraplenagem: seleção das seções de terraplenagem mais críticas; análise do Fator de Segurança em diferentes condições de contorno e utilizando programas de computador ou ábacos gráficos de estabilidade; 7 Síntese, conclusões e recomendações: integração e síntese dos resultados das etapas anteriores, com a proposição de conclusões e recomendações para o aprimoramento do projeto e para sua implantação, no que tange, principalmente, às obras de terraplenagem e ao arranjo espacial do loteamento. Nas etapas 1, 2 e 5 da proposta de estudos, as ferramentas de análise espacial disponíveis no SIG facilitam e otimizam a elaboração das tarefas e dos produtos cartográficos necessários (mapas, perfis, imagens de satélite e fotos aéreas, etc.). Por outro lado, para terem eficácia e confiabilidade técnica, estes procedimentos demandam um conhecimento mínimo dos conceitos da engenharia cartográfica, envolvendo, basicamente, a definição correta dos sistemas de projeção geográfica utilizados, o controle das mudanças de escala realizadas e dos erros médios envolvidos nestes procedimentos em ambiente de SIG. Na etapa de levantamento de campo, a utilização de fichas de descrição padronizadas, com a definição dos aspectos geológico-geotécnicos a serem levantados, incluindo a coleta de coordenadas geográficas com aparelho portátil de GPS (Global Positioning Satellite), também facilita e aperfeiçoa estes levantamentos, que podem ser prontamente incorporados para acesso e análise na base de dados gerenciada pelo SIG. A grande disseminação atual de programas de análise de estabilidade do tipo equilíbrio limite com custo acessível ou até mesmo grátis, favorece a sua utilização na etapa de avaliação do projeto geométrico das obras de terraplenagem. Sempre que possível, deve-se utilizar a técnica de retroanálise de rupturas existentes para auxiliar na definição dos parâmetros geomecânicos a serem utilizados nas análises de estabilidade, mesmo quando estes estão disponíveis ou são realizados ensaios de resistência específicos para sua obtenção. 2
Os valores absolutos dos fatores de segurança determinísticos devem ser encarados com cuidados, considerando que as variabilidades naturais das características geotécnicas influenciam estes valores de forma marcante para uma mesma condição geométrica e hidrológica analisada. Preferencialmente, eles devem ser considerados na forma de ganhos e decréscimos percentuais em relação às diferentes condições de contorno e de ruptura estudadas, conforme proposto por Mello (1972). Na falta de programas de análise de estabilidade, também podem ser utilizados ábacos gráficos de cálculo do FS para avaliação preliminar das condições de segurança dos taludes de corte e aterro propostos no projeto do loteamento. Na etapa final, as recomendações de melhoria do projeto de parcelamento do solo devem incorporar, medidas mais gerais como, a otimização da disposição dos lotes e do sistema viário, e específicas como, o aprimoramento geométrico dos serviços de terraplenagem, o uso de obras de contenção ou de reforço, a proposição de diretrizes de projeto para a implantação de corte/aterros nos lotes e eventualmente, do tipo de edificação. 3 APLICAÇÃO DA PROPOSTA DE ESTUDOS A proposta de estudos foi aplicada em projeto técnico para subsidiar a obtenção das licenças necessárias para a implantação de parcelamento urbano do solo (loteamento) no município de Araçariguama, localizado no estado de São Paulo, entre a capital homônima e o município de Sorocaba a oeste, com acesso principal pela rodovia Castello Branco SP280 (Figura 1). Mais especificamente, objetivou-se atender as diretrizes do Grupo de Análise e Aprovação de Projetos Habitacionais (Graprohab) deste município para elaboração do memorial descritivo dos serviços de terraplenagem do empreendimento. Com base neste objetivo geral, foram definidos os seguintes objetivos específicos para o trabalho: levantamento dos aspectos geológico-geotécnicos de interesse para implantação do empreendimento (características dos solos e rochas, relevo, dinâmica da água superficial e subterrânea, etc.); cálculo de estabilidade dos taludes de corte e aterro dos serviços de terraplenagem, em diferentes condições geométricas, parâmetros de resistência do solo, esforços e pressões neutras atuantes; identificação de restrições e problemas geotécnicos potenciais com a implantação das obras e proposição de recomendações para sua prevenção. Nos estudos foram utilizados dados secundários obtidos de trabalhos anteriores e dados primários produzidos pelos levantamentos e investigações geotécnicas desenvolvidos no escopo do projeto do empreendimento, incluindo, levantamento topográfico de detalhe, sondagens à percussão (ensaios SPT) e vistorias de campo, com pontos de controle georreferenciados com auxílio de GPS (Global Positioning Satellite) portátil, com precisão média de 10 metros. Um programa de Sistema de Informação Geográfica SIG (Arcgis -versão 9.1) foi utilizado para a integração e a análise dos mapas regionais, do mapa topográfico de detalhe e dos dados coletados no campo (vistorias e sondagens). Com este programa também foram produzidos, a partir do levantamento topográfico de detalhe (curvas de nível de 1 metro), o Modelo Digital de Terreno MDT e o mapa de declividade, que foram utilizados na caracterização geotécnica da área do empreendimento. 3 Figura 1: Localização do município de Araçariguama no estado de São Paulo.
Na análise de estabilidade do projeto de terraplenagem, com o cálculo de Fatores de Segurança (FS) para diferentes condições de contorno, foi utilizado um programa computacional da Universidade de Pardue (Winstabl), que trabalha com diferentes métodos de análise de estabilidade do tipo equilíbrio-limite. Os parâmetros geomecânicos e de resistência dos solos foram obtidos de bibliografia e de ensaios realizados em materiais geotécnicos semelhantes aos identificados na área de estudo. As condições geométricas e a posição do nível freático foram definidas com base na topografia de detalhe, no projeto de terraplenagem proposto (seções de corte e aterro), e nas informações obtidas nas vistorias de campo e nas sondagens realizadas no local. 4 RESULTADOS 4.1 Aspectos Geológico-Geotécnicos Regionais O empreendimento estudado situa-se na porção nordeste da área urbana do município de Araçariguama, SP. Ele ocupa o divisor de dois afluentes da margem direita do ribeirão Araçariguama (Figura 2). O relevo na área é caracterizado pela presença de Morrotes Alongados Paralelos, com predominância de declividades médias a altas (acima de 15%) e amplitudes locais inferiores a 100 metros. Apresentam topos arredondados, vertentes com perfis retilíneos a convexos, drenagem de alta densidade, padrão paralelo à treliça e vales fechados (IPT, 1981a). Em termos geológicos, na área ocorrem rochas graníticas apresentando foliação concordante às direções estruturais regionais e pertencentes à suíte granítica sintectônica Fácies Cantareira do embasamento cristalino, de idade pré-cambriana. Estes granitos possuem gralunação fina a média, composição granítica a granodiorítica. Eles também podem apresentar megacristais de feldaspato potássico, conferindo-lhes uma textura porfiróide (UNESP & DAEE, 1984 e IPT, 1981b). Os solos na área são classificados como argissolos vermelho-amarelos (podzólicos vermelho-amarelos, na nomenclatura antiga). Eles se caracterizam pela presença de horizontes A, E e B medianamente desenvolvidos (espessuras de até 3m), com contatos bruscos, sobrepostos ao horizonte C ou de rocha alterada (IAC, 1999). Na classificação geotécnica, eles são definidos como solos residuais maduros (ou solos superficiais) mediamente desenvolvidos, sobrepostos ao solo residual jovem (de alteração) e à rocha alterada (Vaz, 1996). A Carta Geotécnica do Estado de São Paulo (IPT, 1994) indica a área de estudo como pertencente à Unidade 3, definida como de alta suscetibilidade à erosão em sulcos e ravinas 4 afetando, principalmente, os horizontes de solo de alteração. Estes processos são induzidos, geralmente, por movimentos de terra, que removem o horizonte de solo residual maduro e expõem o solo de alteração à ação da erosão pluvial. Ainda segundo esta Carta Geotécnica, a área do empreendimento também é definida como Unidade 6, caracterizada como de média suscetibilidade aos escorregamentos, que são deflagrados, principalmente, por interferências antrópicas inadequadas, como terraplenagem, desmatamento e concentração de água superficial. Estes escorregamentos ocorrem, em geral, em taludes de corte em solo apresentando geometria muito acentuada (altura e inclinação), ou em taludes de aterro, construídos de forma inadequada (geometria, compactação, preparação das fundações). Além dos processos erosivos e de escorregamento afetando diretamente a área do empreendimento, um projeto de loteamento mal elaborado e/ou a sua implantação inadequada nestas unidades geotécnicas, pode gerar volumes significativos de sedimentos, resultando em assoreamento e impactos negativos nos recursos hídricos localizados a jusante. Figura 2: Empreendimento no município de Araçariguama.
4.2 Caracterização Geotécnica de Detalhe A caracterização geotécnica de detalhe foi realizada considerando-se o levantamento topográfico feito na área do empreendimento (curvas de nível de 1,0 m), a vistoria de campo e as sondagens a percussão realizadas para a elaboração do projeto do loteamento. As ferramentas de análise espacial disponíveis no SIG foram intensamente utilizadas no tratamento e apresentação dos dados. 4.2.1 Aspectos topográficos e geométricos O projeto do loteamento foi desmembrado em dois setores principais, a partir de estrada municipal que corta a área do empreendimento na direção aproximada sul/norte. O setor A está localizado a leste desta estrada e o setor B a oeste. O projeto previa a implantação de 14 e 20 quadras nos setores A e B, respectivamente (Figura 3). A partir da base topográfica digital de detalhe georrefenciada, foi elaborado o Modelo Digital de Terreno MDT, utilizando uma malha de 0,5 m (2146 linhas por 2407 colunas) e um método de interpolação denominado topo to raster, que é considerado um dos melhores métodos de interpolação de relevo, gerando superfícies hidrologicamente adequadas (Hutchinson,1993), e está disponível no módulo Spatial Analyst do SIG utilizado. As cotas topográficas na área do empreendimento variam de 647 a 745 metros. A porção mais baixa está associada ao limite oeste do setor B do loteamento, próximo ao vale do Ribeirão Araçariguama. O trecho mais elevado ocorre no extremo norte do setor A. Também foi elaborado o mapa de declividades a partir do MDT. As declividades em percentagens obtidas foram agrupadas em quatro intervalos principais: menor que 15%; 15% a 30%; 30% a 50% e maior que 50%. Estes intervalos são sugeridos por Moretti (1987), na avaliação preliminar de terrenos para implantação de loteamentos (Figura 4). A Tabela 1 sintetiza a distribuição em área destas classes de declividade, considerando as áreas totais dos setores A e B do projeto do loteamento. Também foram realizadas várias seções topográficas utilizando as ferramentas de análise espacial e o MDT elaborado com o SIG para avaliação das condições geométricas do sistema viário nos trechos mais críticos do loteamento (Figura 5). Figura 2: Mapa de declividade e de investigações geológico-geotécnicas, escala de detalhe. 5
Figura 4: Classes de declividade (%) e restrições potenciais para implantação de loteamentos (Fonte: Moretti, 1987). de areia fina e minerais micáceos e com cor predominante vermelho-alaranjado (Figura 6). No topo do solo residual maduro, também é possível identificar os horizontes pedológicos O, A (com matéria orgânica e cores escuras) e E (de eluviação ou perda), este último apresentando textura arenosa e cor cinza clara (Figura 6). O solo de alteração com a profundidade e próximo ao contato com o maciço rochoso alterado, tende a ser tornar mais arenoso e micáceo, apresentado fragmentos de rocha alterada e cores com tons amarelo e cinza. Identificou-se também, nas porções superiores do perfil de alteração dos trechos do terreno a meia encosta, a presença isolada de blocos de rocha (matacões) do granito foliado, imersos no solo de alteração. Tabela 1 Distribuição em área das classes de declividade (%) nos setores A e B do loteamento (Figura 3). Declividades Área (% do total) (%) Setor A Setor B 0-15 44,3 32,4 15-30 31,7 48,1 30-50 20,3 17,1 > 50 3,7 2,4 Figura 6: Foto do perfil de alteração típico nas áreas de topo do terreno do empreendimento. 4.2.3 Sondagens à percussão Figura 5: Uma das seções topográficas das ruas do loteamento, traçada automaticamente com o SIG. 4.2.2 Perfil de alteração Nos taludes de corte existentes na área do empreendimento, observou-se um perfil de alteração típico, composto de solos de alteração das rochas graníticas foliadas descritas na caracterização regional, possuindo granulação média, textura porfiróide e cores com tons róseos e acinzentados (Suíte Granítica Fácies Cantareira, embasamento cristalino). Nas áreas de topo, o perfil de alteração mais desenvolvido apresenta, a partir da superfície, um horizonte de solo residual maduro (solo superficial), relativamente homogêneo, com textura argilosa predominante, com silte e areia (análise táctilvisual), cor marrom-amarelada e espessuras de até 2 metros. Sotoposto ao solo residual maduro, ocorre o solo residual jovem ou de alteração, apresentando estruturas reliquiares da rocha mãe (granito foliado), textura argilo-siltosa predominante, com a presença 6 Foram realizadas 18 sondagens a percussão na área do empreendimento. No presente estudo, elas foram numeradas de 1 a 18 e suas cotas de boca foram obtidas por extração do MDT elaborado a partir do levantamento topográfico de detalhe. Todos os furos foram perfurados até se obter o primeiro impenetrável ao ensaio SPT (mais de 50 golpes para 30 cm de avanço). As profundidades dos furos variaram de 6,4 a 12,4 metros, totalizando cerca de 220 metros perfurados. A classificação de camadas apresentada nos perfis individuais das sondagens é apenas textural, tendo sido identificadas apenas camadas de aterro nas sondagens SP4 a SP6. Além destas camadas de aterro, em todas as sondagens são descritas camadas de argila siltosa com diferentes consistências e cores, que correspondem aos horizontes de solo residual maduro e jovem (de alteração) do granito. A Figura 7 ilustra uma das seções geotécnicas elaboradas a partir dos resultados das sondagens a percussão.
COTAS (m) 745 740 735 730 725 SP3 SECO S.A. DE GRANITO SEÇÃO GEOTÉCNICA 3 SP14 S.A. DE GRANITO SP16 S.A. DE GRANITO 720 ESCALA H = ESCALA V 715 0 41 82 DISTÂNCIA (m) 123 164 205 LEGENDA - 1 IMPENETRÁVEL AO SPT SECO SECO SP14 - SONDAGEM A PERCUSSÃO Figura 7: Uma das seções geológico-geotécnicas elaboradas a partir das sondagens a percussão. Os valores de SPT obtidos indicam o predomínio de camadas com consistência mole a média (SPT entre 4 e 10 golpes) nas porções superiores do perfil (até 3 ou 4 m de profundidade), passando para consistência dura e rija (SPT superiores a 10 golpes). As sondagens SP2, SP15, SP16, SP17 e SP18 apresentaram níveis de 1 a 2 metros de argila siltosa com consistência muito mole (SPT < 4 golpes) em profundidades entre 2 e 3 metros. Foram identificados níveis d água (N.A.) nas sondagens SP4, SP5, SP6, SP10, SP17 e SP18. As sondagens SP4, SP5 e SP6 estão localizadas na porção baixa do terreno, no limite sul do setor A do empreendimento, próximo ao vale de drenagem afluente do ribeirão Araçariguama (quadra A12, Estação Elevatória de Esgoto EEE2). A sondagem SP10 (Estação de Tratamento de Esgoto ETE) está situada no limite oeste do setor B do loteamento (quadra B8), próximo ao vale do ribeirão Araçariguama. A condição topográfica deste local sugere que era de se esperar a identificação de N.A. raso também nos furos SP11, SP12 e SP13, que se encontram em cotas mais baixas que o furo SP10. Porém, esta condição não foi verificada. As sondagens SP17 e SP18 estão localizadas no fundo de um vale seco existente na região central do setor B do loteamento e as profundidades do nível d água identificadas nestes furos são em torno de 10 metros, com poucas implicações diretas no projeto do loteamento. 4.2.4 Análises de estabilidade As análises de estabilidade foram realizadas utilizando o programa computacional Winstabl versão 2.08 (Universidade de Wisconsin-Madison). Ele utiliza vários modelos matemáticos do tipo equilíbrio limite para a definição das superfícies de ruptura potenciais e respectivos fatores de segurança (FS). No caso deste estudo, empregou-se especificamente o método de Janbu, que pesquisa superfícies de rupturas circulares. Os parâmetros geomecânicos adotados nas análises de estabilidade tiveram como referência geral os valores obtidos por Souza Pinto et al. (1993), em seis ensaios de compressão triaxial em solos de alteração de granito. Para os aterros, adotaram-se os parâmetros apresentados por Cruz (1985). Para cada situação analisada, foram pesquisadas as 50 superfícies de ruptura mais críticas, sendo desenhadas as 10 mais críticas (menor FS) nas seções típicas estudadas. A ruptura mais crítica de todas é destacada em cor vermelha. Foi realizada uma análise de estabilidade inicial em um talude de corte com cerca de 5 metros de altura, localizado no Setor B do loteamento. Esta análise inicial serviu para aferir os valores dos parâmetros geomecânicos obtidos da bibliografia. Os dados das sondagens a percussão realizadas na área de estudo indicam que o nível d água no local da seção situa-se em profundidades superiores a 10 metros, não devendo interferir diretamente nas condições de estabilidade dos taludes. Nas análises de estabilidade foram considerados dois valores de coesão total para os solos residuais não saturados. Admitiu-se uma redução de 50% no valor de coesão total inicial adotado, devido à elevação do grau de saturação e perda da parcela de coesão aparente (redução das tensões de sucção). Para o ângulo de atrito, menos afetado pelo grau de saturação do solo, foram adotados os valores médios obtidos por Souza Pinto et al.(1993) em termos de tensões efetivas (Tabela 2). As Figuras 8 e 9 apresentam os resultados gráficos e os FS obtidos nestas análises preliminares de estabilidade. Tabela 2 Parâmetros geomecânicos adotados nas análises preliminares de estabilidade na seção 6 do Setor B. Unidade (Granito) γ (kn/m 3 ) γsat (kn/m 3 ) c1 (kpa) θ (graus) c2 (kpa) SRM 14,4 16,4 10,0 27,0 5,0 SRJ 15,5 17,5 10,0 31,0 5,0 Legenda: SRM - Solo residual maduro; SRJ Solo residual jovem; γ Peso específico natural; γsat Peso específico saturado; c1 Coesão total inicial; θ Ângulo de atrito efetivo; c2 Coesão total com redução por saturação. 7
Tabela 3 Parâmetros geomecânicos adotados nas análises de estabilidade da seção da estaca 10 do setor A do loteamento. γ γsat c1 θ c2 Unidade (kn/m 3 ) (kn/m 3 ) (kpa) (graus) (kpa) Aterro 16,0 17,0 10,0 20,0 5,0 SRJ 15,5 17,5 10,0 31,0 5,0 (Granito) Legenda: SRJ Solo residual jovem; γ Peso específico natural; γsat Peso específico saturado; c1 Coesão total inicial; θ Ângulo de atrito efetivo; c2 Coesão total com redução por saturação. Figura 8: Análise de estabilidade da seção 6 do Setor B (sem redução da coesão). Figura 10: Análise de estabilidade da seção da estaca10 do Setor (sem redução da coesão). Figura 9: Análise de estabilidade da seção 6 do Setor B (redução de 50% na coesão). Analisando o projeto de terraplenagem inicialmente proposto para os setores A e B do loteamento foram identificadas algumas seções transversais mais críticas, com aterros apresentando geometrias acentuadas, considerando as técnicas convencionais de execução deste tipo de obra de terra (sem o emprego de reforço com geomembranas). No setor A do loteamento, a seção mais crítica ocorre no trecho final da estaca 10, na plataforma da Rua 1. Nesta seção de terraplenagem, o talude de aterro proposto apresenta uma altura máxima de cerca de 20 metros e inclinação em torno de 45º. Os parâmetros geomecânicos adotados na análise de estabilidade desta seção são apresentados na Tabela 3. A Figura 10 apresenta os resultados gráficos e os FS obtidos na análise de estabilidade desta seção de terraplenagem, considerando apenas os valores de coesão do aterro e do solo residual jovem do granito sem a perda da parcela de sucção por saturação. Buscando-se obter ganhos nas condições de estabilidade, foram testadas novas configurações geométricas para os taludes de corte e de aterro para serem adotadas no projeto de terraplenagem executivo dos Setores A e B loteamento. 8 Para os taludes de corte adotou-se inclinação máxima de 45º (1V = 1H) e amplitudes máximas de 5 metros. Para os taludes de aterro, utilizou-se como base a configuração geométrica geral analisada na seção da estaca 32 do Setor B, porém, a amplitude total de 13 metros foi dividida em taludes intermediários com amplitudes máximas de 5 metros e inclinação máxima de 1V = 1,5 H (cerca de 33,7º). A largura adotada nas bermas ou banquetas intermediárias do talude foi de 2,5 metros. Os parâmetros geomecânicos utilizados nas análises de estabilidade das seções otimizadas foram os mesmos dos adotados na análise das situações geométricas originais. A Figura 11 apresenta os resultados gráficos e os FS obtidos nas análises de estabilidade com esta nova conformação geométrica para os taludes de corte. Observaram-se ganhos de 15% e de 30% em relação às condições geométricas iniciais analisadas na seção 6 de corte do Setor B do loteamento. A Figura 12 apresenta os resultados gráficos e FS obtidos para a seção da estaca 32 do Setor B do loteamento. Estes resultados indicaram um ganho de 49% em relação à condição geométrica anterior, para ambas as situações de coesão total (sem e com redução de 50%).
Figura 11: Análise de estabilidade da seção de corte aprimorada (sem redução da coesão). Figura 12: Análise de estabilidade da seção de aterro da estaca 32 do Setor B com geometria aprimorada (sem redução da coesão). 5 ANÁLISE DOS RESULTADOS A área do loteamento é caracterizada, regionalmente, como de média suscetibilidade aos processos erosivos pluviais e aos deslizamentos, processos estes, principalmente induzidos por ações antrópicas como desmatamentos, execução de serviços inadequados de terraplenagem e de interferências no terreno que resultem na concentração da drenagem superficial. Predominam solos de alteração de rochas graníticas, com espessuras de pelo menos 6 a 10 metros, apresentando textura silto-argilosa com areia, sendo micáceos, com cores avermelhadas e a presença eventual de blocos de rocha. A profundidade do nível de água na área investigada tende a ser superior a 10 metros, com exceção dos trechos da área de estudo situados em cotas mais baixas, nas áreas de influência dos vales de drenagem perene. Os dados das sondagens a percussão realizadas na área do loteamento indicaram que não deverão ocorrer maiores restrições geotécnicas relativas à presença de topo rochoso e nível d água pouco profundos, facilitando a execução de serviços de 9 terraplenagem. Poderão ocorrer problemas localizados de escarificabilidade, associados à presença de blocos rochosos imersos no solo de alteração. Os ensaios de SPT nas sondagens a percussão indicam a existência de solos com consistência média a rija, para profundidades superiores a 3 metros. O levantamento topográfico de detalhe realizado indica que 76% e 80,5% das áreas totais dos setores A e B do loteamento apresentam terrenos com declividades inferiores a 30%. Os lotes foram dispostos no projeto geométrico de forma que a sua dimensão maior fique paralela às curvas de nível, concepção esta adequada em se tratando de terrenos com declividade mais acentuada, pois ela tende a minimizar os cortes e os aterros. Apesar desta concepção geral adequada, algumas quadras do loteamento, principalmente situadas no Setor A, possuem trechos com declividades muito acentuadas (acima de 50%), que podem levar a implantação de cortes e aterros com geometrias desfavoráveis nos patamares eventualmente construídos nos lotes para as habitações. Parte do sistema viário proposto, principalmente para o setor A do loteamento, também apresentava graides bem acentuados, em alguns trechos com inclinações em torno de 30º (57%), que além das dificuldades geométricas, demandam cuidados especiais para os sistemas de drenagem viária a serem implantados. As análises de estabilidade do projeto de terraplenagem proposto para os Setores A e B do loteamento indicaram situações geométricas críticas, principalmente para alguns taludes de aterro propostos, que apresentaram valores de FS baixos para as condições de contorno simuladas, sendo incompatíveis com os níveis de segurança exigidos para taludes de áreas urbanas. As análises de estabilidade considerando algumas melhorias geométricas para os taludes de corte e aterro propostos, indicaram ganhos de segurança significativos, resultando em valores de FS compatíveis aos sugeridos pela norma de estabilidade de taludes da ABNT (1991) em áreas urbanas (alto risco potencial associado). Os resultados gerais obtidos apontaram para a viabilidade técnica do projeto de terraplenagem do loteamento analisado, porém, demandando alguns ajustes geométricos e cuidados especiais na execução dos serviços de terraplenagem, do sistema viário, dos sistemas de drenagem e da proteção superficial do terreno. 6 CONCLUSÕES A aplicação da proposta de estudos apresentada para subsidiar a análise da estabilidade das obras de terraplenagem de loteamentos urbanos em relevos acentuados apresentou resultados bem
fundamentados tecnicamente, sem implicar em grandes custos adicionais com levantamento de dados e investigação geológico-geotécnica na etapa de projeto básico. O roteiro geral de estudos proposto facilita a análise organizada dos dados obtidos nas investigações regionais e detalhadas. Ele possibilita a formação de um quadro completo das características geológico-geotécnicas do terreno e de sua interrelação com os aspectos específicos do projeto de terraplenagem proposto, permitindo identificar os setores mais críticos do projeto e que demandam ser aprimorados. A utilização do SIG como instrumento básico de tratamento e análise de dados cartográficos e de natureza espacial, fornece várias alternativas de integração de informações em diferentes escalas. Além de prover ferramentas para produção de mapas temáticos, seções topográficas e geológicogeotécnicas e outros desenhos de interesse para a avaliação do projeto do loteamento. As vistorias de campo, com o levantamento sistemático das informações de interesse, também se constituem em uma etapa fundamental do método de estudo proposto, pois asseguram um melhor grau de realidade e acuidade aos dados e modelos utilizados nas análises de estabilidade dos serviços de terraplenagem. No caso do loteamento analisado, foi possível estabelecer uma série de recomendações gerais e específicas visando à melhoria e ou complementação do projeto de terraplenagem do empreendimento. Estas sugestões foram incorporadas, tornando viável a implantação do empreendimento, auxiliando a tomada de decisão tantos dos técnicos responsáveis pelo projeto, como dos pertencentes aos órgãos reguladores municipais. Salienta-se que em alguns casos, estas medidas de ajuste do projeto básico de terraplenagem do loteamento podem demandar o levantamento de dados complementares (topografia, sondagens, etc.) e a necessidade de novos investimentos em investigação, principalmente quando envolverem execução de obras de contenção de porte. Mas mesmo nestas situações, acredita-se que o roteiro de estudo aqui proposto possa contribuir com a melhoria da relação custo/benefício destes novos investimentos. 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT. (1991) Estabilidade de taludes, NBR 11682. 39p. Augusto Filho, O. (1992) Caracterização geológicogeotécnica voltada à estabilização de encostas: uma proposta metodológica. In: Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas, 1, 1992, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: ABMS/ABGE/PCRJ. v2, p.691-704. 10 Cruz, P.T. (1985) Peculiarities of tropical soils used as construction materials. rnational Conference Goemechanics in Tropical Lateritic Saprolitic Soils. MFE. São Paulo. Theme 4.1 Dams. Cunha, M.A., Farah, F., Cerri, L.E.S., Gomes, L.A., Galvês, M.L., Bitar, O.Y., Augusto Filho, O., Silva, W.S. (1991) Ocupação de encostas. Publicação IPT 1831, 211p. Farah, F. (2003) Habitação e encostas. Publicação IPT 2795. São Paulo. 311p. Hutchinson MF (1993) Development of a continentwide DEM with applications to terrain and climate analysis. In: Environmental Modeling with GIS, ed. M. F. Goodchild et al., 1993. pp. 392 399. New York: Oxford University Press. Instituto Agronômico de Campinas IAC. (1999) Mapa pedológico do Estado de São Paulo. Escala 1:500.000. IAC/EMBRAPA. Campinas. 1999. 64p. Mapas. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo IPT. (1981a) Mapa geomorfológico do Estado de São Paulo, escala 1:1.000.000. 2v. São Paulo. Publicação IPT 1185. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo IPT. (1981b) Mapa geológico do Estado de São Paulo, escala 1:500.000. 2v. São Paulo. Publicação IPT 1184. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo IPT. (1994) Carta geotécnica do Estado de São Paulo, escala 1:500.000. São Paulo. Publicação IPT 2089. 2v. Mello, V.F.B. (1972) Considerações a respeito da Mecânica dos Solos residuais. In: Shoutheast Asian Conference on Geotechnical Engineering, 3, 1972, Hong Kong. Proceedings... (Tradução ABGE). Moretti, R.S. (1987) Loteamentos: manual de recomendações para elaboração de projeto. Publicação IPT 1736. Souza Pinto, C.; Gabara,W.; Peres, J.E.E.; Nader, J.J. (2003). Propriedades dos solos residuais. In. Cintra, J.A.C.; Albiero, J.H. (ed.) Solos do Interior de São Paulo. ABMS. São Carlos. 2003. p. 96 142. Universidade Estadual Paulista UNESP; Departamento de Águas e Energia Elétrica DAEE. (1984) Mapa geológico do Estado de São Paulo - Folha São Paulo. Escala 1:250.000. Rio Claro. 1984. Mapa. Vaz, L.F. (1996) Classificação genética de solos e horizontes de alteração de rocha em regiões tropicais. Solos e Rochas, São Paulo, v.19, n.2, p117-136, ago. www.cidades.gov.br/secretariasnacionais/programas-urbanos/programas site consultado em abril de 2009.