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análise da instabilidade de uma encosta localizada na área urbana

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análise da instabilidade de uma encosta localizada na área urbana
ANÁLISE
ANÁLISE DA
DA INSTABILIDADE
INSTABILIDADE
NA
ÁREA
URBANA
NA
URBANA EM
DE
DE UMA
UMA ENCOSTA
ENCOSTA LOCALIZADA
SANTA CRUZ
CRUZ DO
DO SUL,
SUL, RS
RS
Rinaldo José Barbosa PINHEIRO 1, Andréa Valli NUMMER 2,
Luiz Antônio BRESSANI 3
(1) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Santa Maria /
UFSM. Avenida Roraima, 1000 – Camobi. CEP 97105-900. Santa Maria, RS. Endereço eletrônico: [email protected]
(2) Programa de Pós-Graduação em Geografia-Geociências, Centro de Ciências Naturais e Exatas, Universidade Federal de Santa
Maria / UFSM. Avenida Roraima, 1000 – Camobi. CEP 97105-900. Santa Maria, RS. Endereço eletrônico: [email protected]
(3) Programa de Pós-Graduação em Engenharia, Escola de Engenharia, Universidade Federal de do Rio Grande do Sul / UFRGS.
Rua Osvaldo Aranha, 99, 3º. andar – Centro. CEP 90035-190. Porto Alegre, RS. Endereço eletrônico: [email protected]
Introdução
Descrição da Área de Estudo
Geologia
Investigação Geotécnica
Sondagens
Ensaios de Laboratório
Determinação dos Parâmetros de Resistência
Instrumentação e Monitoramento da Encosta
Medidas de Poro-Pressão e Nível d’Água
Levantamento de Subsuperfície - Inclinômetria
Levantamento das Deformações nas Moradias
Análise das Patologias das Moradias
Análise de Estabilidade da Encosta
Considerações Finais
Agradecimentos
Referências Bibliográficas
RESUMO – Este trabalho apresenta um estudo sobre uma encosta urbana instável situada na cidade de Santa Cruz do Sul, Rio Grande
do Sul. A encosta está localizada na parte nordeste da cidade, onde várias moradias têm sido afetadas por movimentos de solo. A área total
afetada é de aproximadamente oito hectares. A base da encosta é constituída por siltitos vermelhos da Formação Santa Maria recobertos
por um colúvio de espessura variável. Instrumentos de monitoramento de campo foram instalados e apresentaram uma boa relação entre
deslocamentos da encosta e picos do nível piezométrico. Análises de estabilidade foram realizadas, usando-se parâmetros de resistência
ao cisalhamento de ensaios de cisalhamento direto e triaxiais. Fatores de segurança obtidos, na análise, foram próximos da unidade,
apresentando alguma variabilidade. Uma análise das patologias nas construções causadas pelo movimento da encosta também foi
procedida, empregando-se dados obtidos de uma inspeção visual e entrevistas, as quais indicaram uma extensa área lateral na encosta e que
se encontra sujeita a movimentos.
Palavras-chave: estabilidade de encostas; monitoramento; instrumentação; ensaios geotécnicos.
ABSTRACT – R.J.B. Pinheiro, A.V. Nummer, L.A. Bressani – Analysis of an unstable slope located in the urban area of Santa Cruz do
Sul, RS. This paper presents a study of an unstable urban slope situated in the city of Santa Cruz do Sul, RS. The slope is located in the
northern part of the city, where several buildings have been affected by soil movement. It overall size is around 8 hectares. The base of
the slope consists of red siltstones of the Santa Maria Formation covered by colluviums of variable thickness. Instruments for field
monitoring have been installed and they showed a relationship between slope displacements and peaks of piezometric level. Slope
stability analyses were carried out using shear strength parameters from direct shear and triaxial tests. Factors of safety obtained in the
analysis were typically close to one, presenting some variability. An analysis of building pathologies caused by slope movement was also
carried out, using data obtained with site inspection and interviews, which indicated the lateral extent of the movement.
Keywords: stability slope; instrumentation, monitoring, geotechnical tests.
INTRODUÇÃO
A cidade de Santa Cruz do Sul está localizada
na região central do estado do Rio Grande do Sul,
com uma população de 118.000 habitantes (IBGE,
2010). A cidade é rodeada por encostas com colúvios,
São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
ao norte e a leste, e por uma zona de inundação do
rio Pardinho a oeste.
A cidade é conhecida pelos problemas de instabilidade de encostas desde a década de 70 (Grehs, 1976;
159
Bressani et al., 2008). Este artigo descreve um
trabalho realizado em uma região da cidade com
moradias danificadas por processos de movimentos
de massa nos depósitos superficiais que recobrem a
encosta. O estudo foi levado a efeito em um período
com uma precipitação pluviométrica elevada quando
foram medidos os movimentos de massa
gravitacionais.
DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A cidade apresenta uma altitude média, na sede
do município, de 122 m. A encosta em estudo localizase na zona urbana de Santa Cruz do Sul, na zona norte
da cidade na rua Dr. Álvaro Correa da Silva.
O estado do Rio Grande do Sul encontra-se em
uma posição geográfica denominada fronteira climática,
em que ocorrem grandes oscilações de clima e erros
frequentes nas previsões meteorológicas, devidos aos
choques entre massas de ar quente, vindas da linha do
Equador, e massas de ar polar, provenientes do sul. A
região tem um clima subtropical com verões quentes e
úmidos.
Em Santa Cruz do Sul, as chuvas dos últimos quinze
anos apresentaram um valor mínimo anual de 1419 mm
(1996) e um valor máximo anual de 2100 mm. É típico
do estado gaúcho que as chuvas sejam bem distribuídas
ao longo do ano. Nas estações frias, as chuvas geralmente são prolongadas e de intensidade média a fraca,
enquanto que, nas estações quentes, as chuvas são de
curta duração e grande intensidade. Grande parte da
área das encostas em Santa Cruz do Sul constitui uma
zona de preservação ambiental.
GEOLOGIA
A área estudada situa-se essencialmente dentro
da Região Geomorfológica denominada Depressão
Central Gaúcha, abrangendo ainda parte da borda da
Região Geomorfológica chamada de Planalto das
Araucárias (Figura 1). A geologia das regiões norte e
leste da cidade de Santa Cruz do Sul é constituída pela
Formação Santa Maria na base, estando-lhe
sobrepostos os arenitos da Formação Botucatu e os
basaltos da Formação Serra Geral no topo. Em alguns
locais, os basaltos estão em contato direto com a
Formação Santa Maria, o que caracteriza uma discordância de não conformidade. A Formação Santa Maria
na região é constituída por siltitos de coloração
vermelha. Em áreas isoladas, nas encostas, ocorre a
Formação Botucatu, aparecendo sobre a Formação
Santa Maria e intercalada aos derrames da Formação
Serra Geral (arenitos intertrápicos). A Figura 2
apresenta a geologia da encosta da rua Dr. Álvaro
Correa da Silva, onde se encontra a área em estudo
(adaptado de Wenzel, 1996).
A Formação Santa Maria é constituída por siltitos
argilosos maciços, micáceos, de cor avermelhada e com
argilominerais do grupo das montmorilonitas. Esta
160
formação encontra-se em praticamente toda a zona
urbana de Santa Cruz do Sul, ocupando a área entre
as cotas 30 e 100.
As rochas da Formação Santa Maria são as mais
antigas e se encontram em grande parte da zona urbana
do município em estudo (Figura 3). Grehs (1976) afirma
que esta formação deve ter um comportamento préadensado, pois as rochas das Formações Botucatu e
Serra Geral sobrepostas a ela foram erodidas na região.
Devido à granulometria das rochas desta formação ser
bastante fina, elas são pouco permeáveis. O mesmo
autor também menciona que o solo residual desta
Formação sofre escorregamentos com grande facilidade.
A Formação Botucatu (arenitos finos a médios,
quartzosos e com presença de feldspatos, de grãos
arredondados e sub-angulares) aparece na área urbana
em uma posição intermediária entre o pacote sedimentar e a Formação Serra Geral, principalmente nas
encostas da cidade (zonas norte e leste) e em morros
testemunho ao sul. Ressalte-se que estes arenitos não
foram encontrados na área estudada em afloramentos
ou nas sondagens.
A Formação Serra Geral em Santa Cruz do Sul é
constituída por três derrames basálticos heterogêneos
e pouco desenvolvidos. Grehs (1976) registra que estas
rochas estão bastante fraturadas, apresentando
principalmente diaclasamentos verticais e horizontais.
O processo de intemperismo transforma os minerais
ferromagnesianos e feldspatos cálcicos das rochas
basálticas em minerais argilosos, sendo este processo
mais intenso em locais em que ocorrem preferencialmente fraturas horizontais devido ao acúmulo de
água. Em zonas de fraturas predominantemente
verticais, estas funcionam como drenos verticais, não
permitindo o acúmulo de água.
INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
As investigações geotécnicas feitas na encosta
foram sondagens a trado e à percussão com ensaio
SPT, segundo as NBR 9603/1986 e NBR 6484/2001.
Foram coletadas amostras deformadas e indeformadas
para a realização de ensaios laboratoriais.
Sondagens
Para a caracterização da área, Pinheiro et al.
(2002) realizaram sondagens à percussão com ensaio
São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
FIGURA 1. Localização da cidade de Santa Cruz do Sul e o seu contexto geológico.
FIGURA 2. Mapa geológico simplificado da encosta na área de estudo (CC = colúvio; CE = colúvio onde se verificaram
os processos de escorregamento; SM = Formação Santa Maria; SG = Formação Serra Geral; BT = Formação Botucatu).
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SPT e sondagens a trado (manual), com coleta de
amostras para ensaios de laboratório. O perfil da área
de estudo foi caracterizado como sendo constituído
por um colúvio de espessura variável (2 a 10 m),
composto de materiais silto-arenosos e areno-siltosos,
de cor predominantemente marrom, com a presença
de blocos e matacões de basalto e de arenito. Ainda,
segundo estes autores, a camada basal é constituída
de siltitos vermelhos da Formação Santa Maria. A
Figura 4 traz os perfis de sondagens obtidos na encosta
estudada. As sondagens S1 e S2 localizam-se acima
da rua em estudo, onde o colúvio apresenta menor
espessura (variando de 2 a 6 m) e com NSPT < 10.
As sondagens S3 e S4 situam-se abaixo da mesma
rua, onde a espessura do solo coluvionar é maior (da
ordem de 8 a 10 m).
Ensaios de Laboratório
FIGURA 3. Contato entre solo coluvionar e o siltito
da formação Santa Maria na área de estudo.
Pinheiro et al. (2002) e Eisenberger (2003)
realizaram vários conjuntos de ensaios de
caracterização com os materiais provenientes das
sondagens feitas na encosta. A Tabela 1 apresenta o
resumo dos resultados dos ensaios de granulometria
(NBR 7181/1984), limites de consistência (NBR 6459/
1984 e NBR 7180/1984) e índices físicos (NBR 6502/
1995; NBR 6508/1984) ao longo da profundidade em
12 pontos da encosta.
FIGURA 4. Resultado típico de ensaios penetrométricos (NSPT = número de golpes).
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São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
O solo coluvionar possui uma textura variável
desde siltoso a arenoso com uma fração argila inferior
a 30%. Esta camada apresenta média a baixa
plasticidade (wl < 50%) com NSPT de 5 a 10 golpes,
com matacões e blocos de arenito e rocha vulcânica,
principalmente na parte superior da encosta (sondagens
S1 e S2). A Figura 5 contempla os locais das sondagens,
coletas de amostras e instrumentação da encosta.
TABELA 1. Caracterização geológica-geotécnica da encosta (Pinheiro et al., 2002 e Eisenberger, 2003).
FIGURA 5. Localização das sondagens e instrumentos de monitoramento.
São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
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A camada de base da encosta é um siltito da
Formação Santa Maria, de textura predominantemente
silto-arenosa, de média a alta plasticidade e de
consistência rija e dura (índice de vazios inferior a 0,6).
O NSPT, nesta camada, é crescente com a profundidade.
Ambos os materiais apresentam-se não saturados (S
< 100%). O solo coluvionar possui um peso específico
mais baixo e um índice de vazio mais elevado, típico de
depósitos de encosta.
Determinação dos Parâmetros de Resistência
Procederam-se ensaios de cisalhamento direto em
corpos de prova (5x5cm e 10x10cm) embebidos em
água para saturação do solo coluvionar e do siltito
vermelho. Ensaios triaxiais do solo coluvionar do tipo
CD (consolidado drenado) em corpos de prova
5x10 cm também foram realizados. Os resultados dos
ensaios de cisalhamento direto em todos os corpos de
prova não evidenciam ocorrência de pico de ruptura
(ou perda de resistência após o pico). Observa-se que
os materiais coluvionares mantêm um nível de tensão
cisalhante para vários níveis de deslocamento da caixa
de cisalhamento, sendo a ruptura definida em função
do deslocamento. As variações volumétricas apresentaram apenas comportamento compressivo. A Figura
6 traz as tensões cisalhantes máximas obtidas, nestes
ensaios, para toda faixa de variação de tensões normais
aplicadas. Verifica-se claramente que as envoltórias
não são lineares e, para tensões normais superiores a
100 kPa, as envoltórias de resistência passam pela
origem, apresentando um intercepto coesivo (c) nulo e
um ângulo de atrito interno (Φ) entre 25 e 34º.
FIGURA 6. Envoltórias de resistências para o solo coluvionar.
INSTRUMENTAÇÃO E MONITORAMENTO DA ENCOSTA
A instrumentação desta encosta foi iniciada em
trabalho anterior apresentado por Pinheiro et al. (2002).
Foram instalados, na encosta, tubos de inclinômetros,
medidores de nível d’água e piezômetros de
Casagrande em 2001. Em 2002, a instrumentação foi
ampliada e foi instalado outro tubo de inclinômetro, um
piezômetro de leitura automática, um pluviômetro (dados
de pluviometria local com intervalos de uma hora)
também de leitura automática e pinos de controle de
trincas de edificações na encosta, os quais permitem
um monitoramento da abertura das trincas através de
um paquímetro. Os procedimentos de instalação e
monitoramento destes equipamentos seguem as reco164
mendações de Dunniclif (1988). Todos os gráficos
apresentados com escala de tempo em dias correspondem ao período de 30 de março de 2001 a 8 de
março de 2003, totalizando 707 dias de monitoramento.
Recentemente, Schneider (2010) realizou uma vistoria
na encosta, verificando as condições das moradias e
comparando com o levantamento feito anteriormente.
Constatou-se que algumas moradias foram removidas
e construídas novas nos mesmos locais.
MEDIDAS DE PORO-PRESSÃO E NÍVEL D’ÁGUA
Os piezômetros são dispositivos para medidas e
monitoramento das poro-pressões na encosta. Entre
São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
os vários piezômetros instalados, destaca-se o
piezômetro P4 que foi colocado em furo de sondagem
com diâmetro 10 cm e 2,45 m de profundidade, realizado
com trado manual. Após a execução do furo, colocouse areia para o preenchimento do fundo até uma altura
de aproximadamente 30 cm. Em seguida, foi
introduzido, no furo, o tubo de PVC, preparado
previamente em laboratório. O tubo tem uma ponteira
ranhurada de cerca de 60 cm na extremidade inferior,
envolta por um geossintético amarrado com fios de
nylon, a fim de evitar o seu entupimento por partículas
de solo. A seguir, foi colocada areia ao redor do tubo
de PVC até cerca de 30cm acima da ponteira
ranhurada. Acima desta cota, colocaram-se esferas
de bentonita secas, previamente preparadas em
laboratório e que, depois de instaladas foram imediatamente hidratadas pela colocação de água no furo,
para garantir o selamento do piezômetro nessa profundidade. Por fim, no trecho superior, foi utilizado o
próprio solo local compactado. A instalação do
piezômetro limitou a comunicação hidráulica entre o
tubo e o solo apenas pela ponteira ranhurada. Após a
instalação do piezômetro, executou-se uma pequena
caixa de alvenaria com uma porta sobre o piezômetro,
de modo que a caixa serviu para instalar o sistema de
medição automática de dados, evitando, assim algum
vandalismo.
As leituras dos outros piezômetros (P1, P2 e P3)
deram-se manualmente, tendo sido iniciadas em maio
de 2001. Os dados obtidos indicam uma variação máxima
de 2 a 3 m de coluna de água nestes piezômetros, assim
sendo, os resultados demonstram uma mesma tendência
de variação dos níveis piezométricos. Não se observou
a ocorrência de artesianismo na encosta. A Figura 7
mostra os resultados obtidos com o piezômetro automático P4. Os resultados do monitoramento automático
demonstram picos de variação do nível piezométrico,
chegando próximo à superfície. Observe-se, neste
sentido, que estes picos não são detectados com o
monitoramento manual.
O pluviômetro automático fez seus registros, com
um intervalo de uma hora entre leituras, durante o
período compreendido entre 24 de junho de 2002 a 15
de fevereiro de 2003 e os resultados obtidos são
apresentados parcialmente na Figura 7 (mês de
setembro e outubro).
FIGURA 7. Medidas de precipitação e poro-pressão no piezômetro
automático (P4) entre os meses de setembro e outubro de 2002.
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As chuvas registradas pelo pluviômetro na encosta
indicam valores mensais superiores a média mensal
da série histórica de 16 anos, sendo similares ou maiores
aos máximos mensais registrados. No mês de outubro,
a precipitação atingiu 369 mm, sendo este valor o
máximo registrado para este mês no período da série
histórica. O mês de janeiro de 2003 apresentou uma
precipitação de 89mm, ficando bastante abaixo da
média para o mesmo mês, que é de 159 mm. Os
resultados demonstram a grande intensidade das chuvas
que ocorreram no ano de 2002, o que provocou diversos
alagamentos na cidade de Santa Cruz do Sul e este
evento natural, por sua vez, permitiu observar a encosta
em uma situação bastante crítica.
Comparando-se a precipitação acumulada com o
nível piezométrico do piezômetro automático P4,
observa-se que as chuvas acumuladas não possuem
boa correlação. A chuva diária ocorrida no mês de
setembro de 2002 apresenta uma boa correlação com
a variação do nível piezométrico, conforme
representado na Figura 7. Naquele mês, verificou-se
que, no dia 6 (524) choveu 30 mm e não houve
modificação no nível piezométrico. Nos dias 11 (530)
e 12 (531) choveu 27 e 32 mm respectivamente, já
provocando leve alteração no nível piezométrico. No
dia 17 (536), choveu 45 mm, alterando levemente o
nível. A chuva do dia 19 (538), 72 mm, provocou um
pico no nível piezométrico de cerca de 65 cm.
Analisando-se o mês de outubro (Figura 6),
verifica-se que a chuva diária ocorrida no dia 3 (551)
foi de 45 mm, provocando um pico no nível piezométrico
de cerca de 45 cm. Entretanto, no dia 7 (551) de outubro,
a precipitação foi de 60 mm, o que não determinou
singela alteração no nível piezométrico. No restante
do mês de outubro, ocorreram chuvas diárias máximas
de 30 mm, o que não alterou o nível piezométrico. Este
comportamento sugere que a chuva deve ultrapassar
certo patamar para instaurar mudanças do nível
piezométrico, elevando-o próximo à superfície quando
a precipitação for alta. Anote-se que este comportamento é verificado também para os outros meses de
monitoramento de chuva.
LEVANTAMENTO DE SUBSUPERFÍCIE – INCLINÔMETRIA
Os inclinômetros permitem a determinação da
distribuição do movimento lateral da encosta em função
da profundidade e do tempo. Eles são constituídos por
tubos flexíveis instalados permanentemente em furos
de sondagem que, através de um torpedo que contém
um transdutor sensível a inclinação em relação à
inclinação em relação á vertical. Os dados obtidos de
2 tubos instalados na encosta encontram-se
representados nas Figuras 8 e 9. Na Figura 8
(inclinômetro I-1), verifica-se que a superfície de
ruptura ocorre em torno dos 6m de profundidade,
exatamente no contato do solo coluvionar com o siltito
vermelho. Esta ruptura provoca deslocamentos
constantes ao longo do perfil da camada coluvionar. O
deslocamento total medido foi de 35 mm ao longo de
22 meses.
O segundo tubo de inclinômetro (I-2), localizado
na encosta a jusante do tubo I-1, atravessa uma
espessura de colúvio menor, com a ruptura não tão
definida e limitada a 3 m de profundidade (Figura 9).
Os deslocamentos horizontais medidos indicam
velocidades diferentes dentro da camada coluvionar,
com uma velocidade maior no topo da camada. O
deslocamento total medido foi de 63 mm em 22 meses
FIGURA 8. Medidas dos deslocamentos no inclinômetro I-1.
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São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
de monitoramento. Apesar dos 2 tubos de inclinômetros
estarem próximos (na parte superior da encosta)
verifica-se a variação de espessura do solo coluvionar,
que neste local da encosta variou entre 2 e 6 m de
espessura.
Já a Figura 10 apresenta os deslocamentos
horizontais observados no topo dos tubos de inclinômetros no período de junho de 2002 a março de 2003
(450 a 707 dias). Nota-se que os maiores deslocamentos horizontais, observados nos tubos, aconteceram
no período de setembro a outubro (520 a 560 dias), em
que se verificaram valores consideráveis de chuva
(Figura 6). Percebe-se que há períodos de aceleração
do movimento, enquanto, em outros períodos, não há
praticamente deslocamento horizontal. Comparando as
Figuras 6 e 9, verifica-se que no, mês de setembro de
2002, a chuva mensal foi de 251 mm, sendo a média
histórica de 166 mm. O mês de outubro apresentou
precipitação de 369 mm, sendo que, neste mês, a
precipitação média foi de 170 mm e a máxima da série
histórica foi de 360 mm. Embora os meses de julho,
agosto, novembro e dezembro também tenham
registrado precipitações acima da média mensal
histórica, não houve significativos deslocamentos
horizontais observados através dos tubos de inclinômetro neste período.
FIGURA 9. Medidas dos deslocamentos no inclinômetro I-2.
FIGURA 10. Deslocamentos no topo dos tubos dos inclinômetros.
São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
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LEVANTAMENTO DAS DEFORMAÇÕES NAS MORADIAS
A fim de monitorar a abertura de trincas pela
movimentação da encosta das edificações, foram
instalados, em três locais, pinos no entorno de trincas
pré-existentes em moradias (T1, T2 e T3). Os pinos
foram posicionados em forma de triângulo em um plano
vertical, o que possibilitou o monitoramento das
componentes horizontal e vertical do movimento de
abertura. As primeiras leituras foram realizadas com
um paquímetro metálico e posteriormente, em virtude
da magnitude dos deslocamentos relativos, a distância
entre os pinos ficou maior que o curso do paquímetro e
o monitoramento da abertura das trincas passou a ser
realizado com uma trena. O erro associado a leituras
realizadas com a trena é da ordem de 1 mm, sendo
aceitável frente aos deslocamentos relativos totais
medidos.
Nos locais das trincas T1 e T2, os pinos foram
instalados no encontro das paredes laterais de uma
residência com o muro de divisa lateral, na parte situada
à frente da residência. Os locais foram escolhidos pelo
fato desta residência apresentar sérias patologias
provocadas pela movimentação da encosta. A Figura
11 apresenta os resultados das medições realizadas
nesta residência. A componente horizontal de abertura
observada é de direção norte-sul, sendo concordante
com o mergulho da encosta. Observa-se que, no local
do pino T1, o movimento é um pouco maior na
componente vertical do que na componente horizontal,
totalizando uma componente horizontal de 27 mm e
uma componente vertical de 39 mm num período de
seis meses.
A trinca monitorada T2 apresenta um movimento
predominantemente horizontal. No início do monito-
ramento, o movimento foi basicamente vertical e, depois,
o movimento foi preponderantemente na direção
horizontal. O deslocamento total medido foi de 24,3
mm, na componente horizontal, e 6 mm, na componente
vertical, em um período de seis meses.
A terceira trinca monitorada (T3) situa-se em outra
residência, situada em frente à residência das trincas
T1 e T2. Esta moradia foi originalmente construída em
duas etapas, as quais estão sendo separadas pela
movimentação da parte frontal da residência. Observase que os deslocamentos são principalmente horizontais, em que houve um deslocamento horizontal total
de cerca de 80 mm, indicando um movimento local
mais translacional. Os deslocamentos verticais foram
oscilantes em um intervalo de cerca de 4 mm.
Na Figura 12, apresentam-se, em conjunto, os
deslocamentos obtidos no topo dos tubos de inclinômetro
I-1 e I-2 e os medidos nos pinos colocados nas duas
residências. Verifica-se a tendência crescente do
aumento dos deslocamentos. A abertura das trincas
movimentou-se com deslocamentos horizontais bastante
superiores aos deslocamentos medidos nos tubos de
inclinômetro, chegando a 80 mm em um período de
seis meses. Constata-se, nesta Figura, que o período
de maior deslocamento foi no início das medições, no
mês de setembro (523 dias), até início de novembro
(580 dias), correspondendo em um intervalo próximo
ao período em que os deslocamentos horizontais foram
mais intensos nas medições dos tubos dos inclinômetros.
Embora os deslocamentos horizontais de abertura das
trincas instrumentadas sejam maiores do que os
deslocamentos horizontais registrados pelos tubos dos
inclinômetros, o período em que ocorreram os maiores
deslocamentos horizontais foram coincidentes.
FIGURA 11. Monitoramento dos pinos de setembro de 2002 a março de 2003.
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São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
FIGURA 12. Comparação entre os valores medidos nos pinos e inclinômetros.
Observando-se a Figura 7, a qual apresenta o nível
piezométrico com leitura automática, percebe-se que
os dois picos ocorridos próximos ao dia 550
correspondem ao período de aceleração dos deslocamentos horizontais, registrados nos tubos dos inclinômetros e nas trincas instrumentadas. O pico do nível
piezométrico correspondente ao dia 625 teve
repercussão no tubo de inclinômetro I-2 e na trinca
T3, não provocando deslocamento horizontal
significativo no tubo de inclinômetro I-1 e nas trincas
T1 e T2, conforme visualizado na Figura 12. Isto se
deve ao movimento da encosta não ser homogêneo,
em forma de um bloco, mas retrogressivo, efetuandose deslocamentos diferentes ao longo da encosta.
Como a instrumentação é pontual, os picos
piezométricos podem provocar deslocamentos em uma
área da encosta, não ocorrendo em outras partes.
Compreende-se com isto, porque alguns picos piezométricos não resultaram em deslocamentos significativos
na instrumentação da encosta.
Comparando-se as medidas do nível piezométrico
do piezômetro automático com os níveis piezométricos
dos piezômetros de leitura manual, tem-se que as leituras
manuais não apresentam os picos piezométricos. Estes
picos são extremamente importantes, pois, embora de
curta duração, eles fazem com que os fatores de
segurança da encosta diminuam e os deslocamentos
aconteçam. Portanto, o monitoramento do nível piezométrico desta encosta, que apresenta tempo de
resposta da piezometria rápido em relação às precipitações, deve ser realizado com piezômetros de leitura
automática.
ANÁLISE DAS PATOLOGIAS DAS MORADIAS
Fez-se um levantamento e uma análise das
patologias nas edificações provocadas pela movimentação da encosta. Através de inspeções e
entrevistas realizadas nas residências visitadas,
mapearam-se as áreas afetadas pela movimentação,
bem como a sua intensidade. As patologias visualizadas
foram fotografadas, sendo, após, classificadas pela sua
origem e por sua gravidade, através de metodologias
propostas na literatura para este fim (Alexander, 1986;
Chiocchio et al., 1997).
De acordo com os resultados das entrevistas
efetuadas, constatou-se que as estruturas existentes
no local são relativamente novas, de uso exclusivamente
residencial e, na maior parte dos casos, de alto padrão.
São Paulo, UNESP, Geociências, v. 31, n. 2, p. 159-174, 2012
Observa-se que, em geral, as residências possuem
estruturas de concreto armado e fundações profundas,
principalmente do tipo metálicas cravadas, Strauss ou
escavadas. Os terrenos são, via de regra, aterrados,
em especial aqueles situados ao sul da rua Dr. Álvaro
Correa da Silva (Figura 1). Em relação às patologias,
47% das edificações apresentam, atualmente, algum
tipo de patologia. Destas, 69% possuem fundações
profundas. Através das inspeções realizadas nas edificações, observou-se que a principal causa de patologias
é a movimentação da encosta, seguida de recalques
de fundação, os quais podem estar associados à
movimentação da massa de solo, ou serem provocados
por problemas executivos de fundações profundas,
169
devidos à freqüência de matacões no solo coluvionar
(Pinheiro et. al, 2006).
Os critérios utilizados para classificar as principais
causas das patologias foram as características destas
patologias, tais como: inclinação, abertura, posição,
quantidade de trincas, posição de afundamentos, entre
outras. Adotaram-se também as considerações apresentadas por Thomaz (1989).
As residências próximas à rua Gonçalves Ledo
estão assentadas sobre fundações profundas, apresentando patologias leves, geralmente associadas a
recalques diferenciais. Já as casas localizadas na parte
central da encosta evidenciam patologias mais graves.
A partir da medição dos deslocamentos do piso
de uma das moradias, pode-se inferir que o deslocamento total observado, na encosta, entre os anos de
1997 e 2002, foi de aproximadamente 40 cm na direção
horizontal e 20 cm na direção vertical. A partir da
observação destas patologias, confeccionou-se, o mapa
que consta na Figura 13, em que estão representados
os níveis de severidade de danos encontrados e as
causas prováveis destes danos em algumas residências
indicadas pela letra R.
A observação do mapa permite concluir que
existem movimentos do terreno bastante ativos na
região, principalmente em uma faixa de sentido nortesul, onde estão localizadas as residências R6, R7, R8,
R9, R10 e R11. Estas residências são as que apresentam os maiores índices de danos de edificações provocadas pela movimentação da encosta.
Em conformidade com a classificação de
Chiocchio et al. (1997) apresentada na Tabela 2, as
residências desta faixa apresentam níveis 3 (moderado)
e 4 (sério), destacando, pois, patologias graves. As
outras residências da rua Dr. Álvaro Correa da Silva,
localizadas mais no extremo da rua, apresentam
patologias mais leves ou nem mesmo apresentaramnas associadas à movimentação da encosta. Em face
destas constatações, pode-se afirmar que tal dado indica
o movimento ocorre principalmente em uma faixa
central que vai desde o topo da encosta até o arroio
Jucuri, passando pelas residências em que os níveis de
severidade são mais altos.
Em trabalho recente (Schneider, 2010), nesta
encosta, verificou-se que as moradias R7, R8 e R9
foram destruídas e novas edificações foram construídas, cujas fundações são constituídas por estacas
metálicas cravadas (perfis I) até uma profundidade
média de 20 m (de 8 a 12 m mais compridas que as
usualmente adotadas). Não foram mais utilizadas
estacas de concreto (escavadas e Strauss). A Figura
14 traz alguns dos tipos de patologias mais comuns
na área de estudo e em outras encostas na cidade de
Santa Cruz do Sul.
FIGURA 13. Mapa de severidade de patologias provocadas pelo movimento da massa de solo.
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TABELA 2. Classificação adotada de dano nas edificações provocados
pela movimentação da encosta (Alexander, 1986).
FIGURA 14. Trinca na rua Dr. Álvaro Correa e aspecto de uma moradia com sérios danos.
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ANÁLISE DE ESTABILIDADE DA ENCOSTA
Através dos dados obtidos na instrumentação e
na investigação de campo e nos resultados dos ensaios
de laboratório, foram realizadas análises de estabilidade
em seções da encosta. As seções foram escolhidas
em função da gravidade das patologias que ocorrem
na área. Várias simulações foram feitas, incluindo a
variação paramétrica da poro-pressão, a variação dos
parâmetros de resistência ao cisalhamento dos materiais
envolvidos, etc. Para a análise de estabilidade,
empregou-se o programa SLOPE/W da GEOSLOPE
(1984), seguindo os procedimentos da NBR 11682/2009
– Estabilidade de encostas. Este programa utiliza a
teoria de equilíbrio limite para o cálculo do fator de
segurança. O método adotado, na determinação dos
fatores de segurança (FS), foi Bishop Simplificado. Os
parâmetros de resistência ao cisalhamento utilizados
na análise foram baseados nos valores obtidos nos
ensaios de laboratório.
A Tabela 3 demonstra os resultados da análise de
estabilidade para a seção típica (norte-sul), variandose os valores de ângulo de atrito interno (Φ) e coesão
do solo (c) coluvionar. Os valores dos parâmetros de
resistência do siltito, utilizados nesta análise de
estabilidade, foram os obtidos por Pinheiro et al. (2002),
ou seja, intercepto coesivo igual a zero e ângulo de
atrito interno igual a 34º.
Os valores dos fatores de segurança calculados
são bastante baixos, próximos de 1,0 para os ângulos
de atrito entre 28º e 29º. A Figura 15 explicita o resultado
gráfico com as superfícies mais críticas de ruptura
TABELA 3. Fatores de segurança obtidos na análise
de estabilidade variando a coesão e o ângulo
de atrito do solo coluvionar.
encontradas. Estas superfícies de ruptura situaram-se
no contato entre o solo coluvionar e o siltito vemelho.
O local da ruptura, apresentada na Figura 15a, situase próximo de uma trinca de tração observada in situ.
A superfície de ruptura de fator de segurança mais
baixo, encontrada na parte superior (Figura 15b),
corresponde à região em que estão instalados os
inclinômetros I1 e I2, nos quais se observou uma ruptura
entre 3 e 6 m de profundidade.
O nível d’água, utilizado nesta análise, foi o
máximo medido pela instrumentação de campo.
Adotando-se os valores médios c e Φ, o FS situou-se
entre 1,2 e 1,4. Foi verificado também que, elevandose o nível d’água até a superfície do terreno, o FS cai
para 1,0. Observa-se que, na análise apresentada, não
houve uma superfície crítica cobrindo todo o comprimento da encosta, mas uma série de superfícies
restritas a pequenas áreas. Estas superfícies reproduzem bem os movimentos identificados no local e os
deslocamentos monitorados.
FIGURA 15. Superfícies de ruptura críticas na seção N-S, com os níveis piezométricos máximos
medidos em campo e localização das sondagens e instrumentação.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
O local estudado já é conhecido por possuir
algumas moradias danificadas, mas pouco mais se
conhecia sobre o motivo. A área é formada por encostas
relativamente suaves, compostas por coluvios, aterros
e cortes em siltitos vermelhos. O levantamento de danos
(perdas) nas moradias localizadas nesta encosta revelou
que a severidade situou-se ente negligenciável a severa
(segundo classificação de Alexander, 1986) dependendo da posição em relação à encosta.
Foram feitas sondagens na área, incluindo retiradas de amostras de solos. A espessura do solo variou
entre 3 e 10 m. Ensaios realizados, neste solo, apresentaram alguma variabilidade e isto afeta os parâmetros de resistência ao cisalhamento.
O monitoramento da encosta deu-se com piezômetros, inclinômetros e pinos de deslocamento. O uso
de piezômetros automáticos e pluviômetros (leituras
em intervalo de 1h) ressaltaram que a poro-pressão
teve uma resposta rápida após um valor especificado
de chuvas. O piezômetro automático apresentou picos
de 1 m (10kPa) para chuvas intensas diárias e alguma
resposta para chuvas acumuladas de 3 dias. As leituras
manuais dos outros piezômetros não apresentaram tais
picos (pois não eram lidos em tempos apropriados).
Conforme se constatou, as chuvas que causam picos
de poro-pressões foram acima de 50 mm/dia durante
períodos úmidos.
Acrescente-se, nestas ponderações, que o monitoramento cobriu um período de meses chuvosos mais
intensos que a média dos últimos 16 anos, situação que,
causou grandes deslocamentos da encosta e possibilitou
medidas significativas de movimentos do solo coluvionar. O período crítico de monitoramento (medidas
de maior magnitude nos tubos dos inclinômetros e
deslocamentos superficiais) foi em setembro e em
outubro de 2002, época marcada por precipitações mais
elevadas. Na análise dos inclinômetros, verificou-se
que a ruptura foi bem definida no contato entre os
materiais e a ocorrência de zona de distorção acima
dos 3m de profundidade. Ambos apresentaram
aceleração dos movimentos neste período.
Os picos de poro-pressão medidos mostraram
uma boa correlação com os movimentos medidos na
encosta obtidos pelos inclinômetros e pinos. Registrese que os movimentos parecem ter acontecido de
maneira retrogressiva seguindo uma sequência
temporal.
Análises de estabilidades realizadas em seções
típicas apresentaram fatores de segurança próximo de
1,0 em várias superfícies críticas, as quais estão
limitadas em extensão. Tal dado é interessante de se
observar, posto que a composição destas superfícies
individuais parece representar bem o movimento
observado em todo à encosta. Em geral, os movimentos
são lentos (40 cm em 5 anos é uma boa estimativa),
mas com aceleração durante os períodos de elevação
(picos) de poro-pressão.
Trabalhos posteriores, ainda em andamento, têm
demonstrado que outras áreas na cidade também são
afetadas por movimentos de magnitudes similares.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Prefeitura Municipal de Santa Cruz do Sul pelo apoio na investigação da área e aos Programas de PósGraduação de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e da Universidade Federal de Santa Maria pelo apoio na
instrumentação e monitoramento da encosta.
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Manuscrito Recebido em: 11 de abril de 2011
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