Artigo Camyla Oliveira cobramseg 2014

8/18/2019 Artigo Camyla Oliveira cobramseg 2014

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Avaliação de mecanismos de ruptura associados aosescorregamentos da Prainha e Condomínio em Nova Friburgo,Rio de Janeiro

Camyla Magarete Magalhães de Oliveira

Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil,[email protected]

Tácio Mauro Pereira de CamposPontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]

Hugo PortocarreroUniversidade Estadual do Rio de Janeiro/UERJ, Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]

RESUMO: O objetivo deste trabalho foi avaliar os mecanismos de ruptura em solo residual nãosaturado, nos locais da Comunidade da Prainha e Condomínio do Lago, em Nova Friburgo, após os

deslizamentos ocorridos do dia 11 para 12 de janeiro de 2011, evento conhecido comoMegadesastre’11 da Serra Fluminense. Para isso foram realizados ensaios de caracterização física,química e mineralógica, ensaios de permeabilidade in situ e no laboratório e ensaios de porosimetriade mercúrio. Para a determinação dos parâmetros de resistência foram realizado ensaios decisalhamento convencional em amostras indeformadas submersas. A partir destes resultados foramrealizadas análises numéricas de infiltração e estabilidade com a utilização dos programasVadose/W e Slope/W ambos do pacote GeoStudio 2007 . Os resultados das análises mostraram queas rupturas foram do tipo planar, ocorrendo na transição do solo maduro para o solo jovem paraambos locais. No caso do Condomínio do Lago verificou-se que a ruptura foi iniciada na base dotalude, indicando um movimento de baixo para cima. Na Comunidade da Prainha a ruptura foiiniciada no topo da encosta. Em ambos os casos, ruptura ocorreu em decorrência da infiltração das

águas de chuva.

PALAVRAS-CHAVE: Estabilidade de Taludes; Ensaios de Laboratório; Modelagem Numérica.

1 INTRODUÇÃO

Em janeiro de 2011 um grande número dedeslizamentos afetou a região serrana do estadodo Rio de Janeiro, abrangendo seis municípios,com destaque para Nova Friburgo, Petrópolis eTeresópolis. Este evento, que foi chamadocomo Megadesastre ’11 da Serra Fluminensepelo Serviço Geológico do Estado do Rio deJaneiro (DRM-RJ), provocou aproximadamente1000 óbitos e deixou aproximadamente 450desaparecidos e mais de 20.000 desabrigados.

O número de pessoas afetadas e o fato de oevento ter ocorrido de forma generalizada,afetando áreas rurais e urbanas, com ou sem

vegetação original, torna-o importante objeto deestudo, sendo indispensável quantificar aprecipitação que ocorreu nos dias queantecederam os deslizamentos, assim comodeterminar a capacidade do solo da região dedrenar esta água e a mudança nos parâmetros deresistência do solo, para então determinar osmecanismos de ruptura das encostas desta área.

Os condicionantes para este eventoenvolveram a combinação de diferentes fatores,sendo estes geológicos, hidrológicos,morfológicos, climáticos, uso e ocupação dosolo e de um fator deflagrador, que inclui achuva extrema que compreendeu os dias 11 e 12de janeiro.


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Um dos principais fatores de alteração dosparâmetros de resistência dos solos residuais é aredução da sucção ou poropressão negativa nosolo, sendo esta componente responsável peloaumento significativo da resistência do solo,suficiente para manter a estabilização de taludesnaturais. A saturação do solo implica na

diminuição significativa desta componente,consequentemente desencadeando muitosprocessos de instabilização.

O presente trabalho teve como objetivoavaliar os mecanismos que levaram à rupturaem solo residual de rochas metamórficas eígneas não saturadas nos locais denominados dePrainha e Condomínio em Nova Friburgo, Riode Janeiro nos dias 11 e 12 de janeiro de 2011no evento conhecido como Megadesastre ’11 daSerra Fluminense. Foram realizados ensaios de

caracterização geotécnica física, química emineralógica nos diferentes materiais estudadose ensaios de cisalhamento direto convencionalpara a determinação dos parâmetros deresistência saturada dos solos da região, bemcomo ensaios de permeabilidade e de papelfiltro para determinar suas propriedadeshidráulicas. Também foram realizadasmodelagens numéricas para análise deestabilidade para a determinação dosmecanismos de ruptura dos taludes em estudo,sendo realizadas com o auxílio do pacoteGeoStudio 2007 .

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Área de Estudo

O local de estudo deste trabalho está situado nomunicípio de Nova Friburgo, sendo os locaisescolhidos para a retirada das amostrasdenominados Condomínio do Lago e

comunidade da Prainha, no distrito deConquista. Estes locais estão a,aproximadamente, 18km do centro de NovaFriburgo, na confluência das rodovias BR-492 eRJ-130.

O Condomínio do Lago foi construído numaárea plana, após a execução de um corte nummaciço terroso de relevo suave e ondulado,típico desta região. A Figura 1 mostra detalhes

deste local.Relatos de moradores indicam que os

deslizamentos ocorreram a partir de 1h do dia12 de janeiro, quando a chuva moderada quehavia iniciado às 18h do dia anterior seintensificou. No caso do Condomínio do Lago,além dos deslizamentos, ocorreu também uma

inundação causada por um deslizamentolocalizado no corte realizado na estrada próximaao Rio Grande, causando a elevação do nível deágua, criando desta maneira um quadro caóticoe não permitindo a evacuação dos moradores.

Figura 1 - Sobrevoo de helicóptero no Condomínio doLago em 15/01/2011. Autor: Nelson Fernandes.

A Comunidade da Prainha é situada na basede um dos anfiteatros que caracterizam asconcavidades dos taludes suaves e ondulados daregião. Sabe-se a partir de relatos de moradoresque os primeiros deslizamentos iniciaram pelaslaterais do talude, fazendo com que alguns

moradores deixassem suas casas. Por volta das4h da manhã, a chuva passou à extrema, e foiquando ocorreu o deslizamento de maiorvolume que atingiu diretamente as casas e que,ao chegar à base do anfiteatro, gerou umacorrida com velocidade da ordem de 150 km/h.O relato de um dos sobreviventes diz que amassa de solo deslizado se assemelhava a ummingau e que o transportou por cerca de 500maté ele ser resgatado (Correia, 2011). Osdetalhes deste local podem ser visualizados naFigura 2.


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Figura 2 - Sobrevoo de helicóptero na Prainha,28/01/2011, autor: Débora Toci.

Tanto a Comunidade da Prainha quanto oCondomínio do Lago a foram bastante afetadoscom os deslizamentos ocorridos em 12 de

janeiro de 2011, como mostra a Figura 3-a e brespectivamente, sendo contabilizada noCondomínio a destruição de 18 residências,danificação de 23 e 16 óbitos, e na Prainha a

destruição de 20 residências e 15 óbitos.

(a)

(b) Figura 3 - Danos causados pelos deslizamentos. (a)Comunidade da Prainha e (b) Condomínio do Lago.

Na região que envolve a Prainha e oCondomínio foram observados três litotipos:hornblenda-biotita gnaisse, biotita leucognaissee granito, podendo todos serem englobados pelaclassificação “granitóide”, apresentandopequena variação na composição mineralógica ealguma variação na estrutura e na textura(Correia, 2011).

A área é caracterizada por relevo com o topo

arredondado, com morros e colinas comamplitude topográfica variando de 1.000 a1.190 metros, havendo a predominância deencostas com morfologia côncava. A encosta doCondomínio de Lago possui 70m de altura e 60°de inclinação e a encosta na comunidade daPrainha possui 60m de altura e inclinação de

60°.Antes dos deslizamentos ocorridos em

janeiro de 2011, a encosta do Condomínio e daPrainha apresentavam uma vegetaçãosecundária densa. A Figura 4 e a Figura 5mostram o aspecto da área antes (a), dias (b) emeses após o evento (c). É possível observarque logo após os deslizamentos, apenas umapequena parte da vegetação foi preservada, eque aos poucos está voltando a como seapresentava anteriormente. No caso do

Condomínio, decorridos sete dias após oevento, o local ainda se encontrava com umagrande área alagada.

(a)

(b)

(c) Figura 4 - Imagens do Condomínio do Lago retiradas doGoogle Earth antes, dias após e meses após o desastre: (a)


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25 de maio de 2010, (b) Imagem do dia 19/01/2011 e (c)Imagem do dia 06/05/2011.

(a)

(b)

(c) Figura 5 - Imagens da Comunidade da Prainha retiradasdo Google Earth antes, dias após e meses após o desastre:(a) 25 de maio de 2010, (b) Imagem do dia 19/01/2011 e(c) Imagem do dia 06/05/2011.

2.2 Amostragem

Para a retirada das amostras amolgadas eindeformadas, foram abertas trincheiras, tendocuidado de retirar todas as impurezas quepoderiam contaminar as amostras.

Para a realização das análises deste trabalhoforam escolhidos quatro solos representativosda área para serem analisados em campo e em

laboratório. Os locais de amostragem sãomostrados na Figura 6.

Figura 6 - Localização dos pontos de amostragem(Google Earth).

A Figura 7 mostra o aspecto geral de cadaamostra coletada.

(a)

(b)

(c)

(d) Figura 7 - Detalhes da amostra (a) F.01, (b) F.02, (c) F.03e (d) F.04.

Prainha(F.01 e F.03)

CONDOMÍNIO (F.02 e F.04)


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A partir da análise morfológica das amostrascoletadas foi possível verificar que no local dacoleta das amostras, a rocha de origem é umgranito. E foi possível observar que em todas asamostras os grãos de quartzo são angulares e amica biotita e feldspatos quando presentesmostram um elevado grau de alteração.

3 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

Para obter as propriedades dos materiaisutilizados nestas análises foram realizadosensaios de caracterização física, química emineralógica, ensaios de permeabilidade in situ e no laboratório e ensaios de porosimetria demercúrio. Para a determinação dos parâmetrosde resistência foram realizado ensaios de

cisalhamento convencional em amostrasindeformadas submersas. A Tabela 1 mostra umresumo dos resultados de permeabilidadeutilizados.

Tabela 1 - Permeabilidades utilizadas nas análises.

Solo K sat (cm/s) K sat (m/dia)

F.01 2,08E-04 1,79E-01F.02 1,17E-04 1,01E-01F.03 1,97E-04 1,70E-01F.04 1,99E-04 1,72E-01

A obtenção dos parâmetros de resistência dasamostras ocorreu por meio de ensaios decisalhamento direto convencional em amostrasindeformadas submersas.

Os ensaios executados foram drenados,acontecendo em duas etapas: adensamento ecisalhamento. Todos os corpos de prova foramcisalhados com velocidades de deslocamentoconstantes e iguais a 0,0612 mm/min, sendoimposto o deslocamento de aproximadamente15mm. Para cada um quatro solos forammoldados, no mínimo, seis corpos de prova. Emtodos foram repetidas as mesmas sequências detensões normais: 25 kPa, 50 kPa e 100 kPa. DaTabela 2 a Tabela 6 são apresentam os índicesfísicos dos corpos de prova ensaiados, com atensão normal aplicada (σ) sendo expressa emkPa e os pesos específicos (γ e γ tambémexpressos em kN/m³.

Tabela 2 - Índices físicos iniciais do solo F.01.

Ensaio σ Índices Físicos Iniciais

γ γ w (%) e S (%)

F.01_1 25 13,9 11,6 19,8 1,2 39,4

F.01_2 50 14,3 12,1 18,2 1,1 41,6

F.01_3 100 13,9 11,5 20,9 1,2 42,9



γ γ w (%) e S (%)

F.02_1 25 12,6 10,6 18,8 1,4 33,5

F.02_2 50 15,2 12,8 18,8 1,0 46,8

F.02_3 100 17,6 15,5 13,1 0,7 49,1



γ γ w (%) e S (%)

F.03_1 25 15,1 13,0 16,0 1,0 41,6

F.03_2 50 14,7 15,3 19,4 0,7 68,3

F.03_3 100 17,8 14,5 22,2 0,8 72,1



γ γ w (%) e S (%)

F.04_1 25 17,3 14,6 18,9 0,8 59,8

F.04_2 50 17,5 14,5 20,4 0,8 65,2

F.04_3 100 18,2 15,5 17,3 0,7 64,9

Tabela 6 - Índices físicos finais dos solos estudados.

Ensaio Final Ensaio Finalwfinal (%) wfinal (%)

F.01_1 39,7 F.02_1 30,64

F.01_2 43,2 F.02_2 32,64

F.01_3 29,9 F.02_3 29,94

F.03_1 35,42 F.04_1 31,21

F.03_2 32,47 F.04_2 71,86

F.03_3 31,63 F.04_3 25,01

Através dos ensaios de porosimetria demercúrio foi possível observar que as amostras

correspondentes aos solos do F.01, F.02 e F.03apresentam dois picos bem definidos, indicandoa ocorrência de uma distribuição de porosbimodal nesses solos. No solo F.02 o picoprincipal corresponde aos micro-poros, já nosolo F.03, o pico principal corresponde aosmacro-poros. O solo F.01 possui os picosreferentes ao micro e macro-poros bemequilibrados. No solo F.04 apresenta apenas um


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pico bem definido, indicando que este solopossui uma distribuição dos poros unimodal. AFigura 8 apresenta os resultados obtidos.

Figura 8 - Resultados dos Ensaios de porosimetria demercúrio.

A análise química de perda ao fogo mostrou

que o solo F.01 apresenta maior grau deintemperismo devido ao maior índice obtidocom este ensaio (L.O.I), seguido do solo F.02.O solo F.04 foi o que apresentou menor índicede perda ao fogo. Os resultados são mostradosna Tabela 7.

Tabela 7 - Resultados dos ensaios de perda ao fogo.Amostra L.O.I. (%)

F.01 13,62F.02 8,42F.03 7,58

F.04 6,45

Analisando as curvas de tensão –deslocamento obtidas com os ensaios deresistência, observou-se que a resistência dosolo aumentou com o deslocamento horizontal,porém não apresentou uma definição de pico.Então, para definir uniformemente as tensões deruptura para cada caso analisado, usou-se ametodologia sugerida por de Campos e Carrillo(1995) para verificar se o solo havia rompido.

Isto é, verificou-se quando a curva tensão-deslocamento (τ / δh) atingia pela primeira vezuma inclinação constante. A Figura 9 mostra asenvoltórias dos solos analisados.

Figura 9 - Envoltórias obtidas a partir dos ensaios decisalhamento direto.

Observando a Figura 9, foi possívelconsiderar estes solos como constituintes de umúnico material em termos de resistência. Asenvoltórias e os parâmetros de resistência

obtidos e utilizados são apresentados na Figura10 e foram de 2,66kPa de coesão efetiva e26,04° de ângulo de atrito para os solos F.01 eF.02 e de 0kPa de coesão efetiva e 36,72° deângulo de atrito para os solos F.03 e F.04.

Figura 10 - Envoltórias obtidas a partir da junção dosresultados dos ensaios de cisalhamento direto.

4 RESULTADOS E CONCLUSÕES

As análises estabilidade apresentadas nestetrabalho foram realizadas com o auxílio dosprogramas GeoSlope/W , contido no pacoteGEOSTUDIO versão 2007. Foram realizadasanálises de infiltração para serem acopladas nasanálises de estabilidades apresentadas, porémestas análises de infiltração não foram dadasenfoque neste trabalho.


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4.1 Geometria do Problema

Para fazer as análises, primeiramente foinecessário fazer a reconstrução do terreno. Paraisso foi calculada a área da cicatriz e a áreaafetada, com o auxílio do programa AutoCad.Então, multiplicou-se a área afetada pela

espessura do material deslizado, obtida a partirdos resultados das sondagens. Com o volumedo material deslizado e a área da cicatriz,dividiu-se um pelo outro a fim de se obter aespessura de material a ser adicionado namodelagem do terreno. Sendo estas espessurasde 1,2m para a Prainha e 3m para oCondomínio.

A geometria de cada talude analisado foiobtida a partir do modelo tridimensional obtidocom o auxílio do programa RockWorks 15,

gerado a partir das sondagens realizadas na áreade estudo, compreendendo o período desetembro a outubro de 2012, sendo verificada aelevação máxima de 1117,6 metros e mínima de1017,5 metros.

Para a realização das análises foramutilizadas as seções transversais passantes pelomeio dos taludes da Prainha e do Condomíniopor serem mais representativas da área.

Os resultados das análises de estabilidadesão mostrados na Figura 11 e na Figura 12,sendo que as figuras de índices a correspondem

as análises antes do evento e b para o dia doevento. Os fatores de segurança encontrados nasanálises antes do evento foram de 1,111 e 1,144para a Prainha e para o Condomíniorespectivamente. Para o dia do evento foiencontrado o fator de segurança de 0,981, para aPrainha, e 1,07 para o Condomínio.

(a)

(b) Figura 11 - Análise de Estabilidade para o talude daPrainha, sendo (a) para antes do evento e (b) para o diado evento.

(a)

(b) Figura 12 - Análise de Estabilidade para o talude doCondomínio, sendo (a) para antes do evento e (b) para odia do evento.

A partir dos resultados da análise deestabilidade foi possível verificar que a ruptura

tanto no caso da Prainha, quanto doCondomínio, o mecanismo de rupturaobservado nas análises de estabilidade foiplanar e ocorreu na transição do solo maduropara o solo jovem na profundidade em relaçãoao topo do terreno na qual houve perda desucção nas análises de infiltração. NoCondomínio essa ruptura ocorreu na base dotalude, indicando um movimento de baixo para


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cima, e na Prainha, no topo. Estes resultados jáhaviam sido indicados por Lago et al., 2011 eCorreia et al., 2011, sendo apontados que aschuvas extremas com a colaboração dasconcavidades presentes nas encostas estudadas,teriam sido suficientes para provocar a elevaçãoda poropressão nas encostas da Prainha e do

Condomínio, e consequentemente, osdeslizamentos.

AGRADECIMENTOS

O presente trabalho foi desenvolvido comoparte do Projeto PRONEX. Os autoresagradecem o apoio dado pela FAPERJ, CNPq, eCAPES.

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