000444963

PROPRIEDADES GEOTCNICAS DOS SOLOS

COLUVIONARES DO GASODUTO BOLVIA-BRASIL EM

TIMB DO SUL (SC)

RODRIGO MORAES DA SILVEIRA

Porto Alegre (RS)

Novembro de 2003


PROPRIEDADES GEOTCNICAS DOS SOLOS

COLUVIONARES DO GASODUTO BOLVIA-BRASIL EM

TIMB DO SUL (SC)

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia na modalidade Acadmico.

Porto Alegre (RS)

Novembro de 2003

S527p SILVEIRA, Rodrigo Moraes da

Propriedades Geotcnicas dos Solos Coluvionares do Gasoduto Bolvia-Brasil em Timb do Sul (SC) / Rodrigo Moraes da Silveira. Porto Alegre:PPGEC/UFRGS, 2003.

Dissertao de Mestrado, Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul; Mestre em Engenharia.

Orientao: Ph.D Adriano Virglio Damiani Bica e Ph.D Luiz Antnio Bressani.

1. Estabilidade de Taludes 2. Solo Coluvionar Propriedades 3. Mecnica dos Solos Ensaios orient. I. Bica, Adriano Virglio Damiani, orient. II. Bressani, Luiz Antnio.

CDU-624.131.4(043)


PROPRIEDADES GEOTCNICAS DOS SOLOS COLUVIONARES DO GASODUTO BOLVIA-BRASIL EM

TIMB DO SUL (SC)

Esta dissertao foi julgada adequada para a obteno do ttulo de MESTRE EM

ENGENHARIA e aprovada em sua forma final pelos professores orientadores e pelo

Programa de Ps-Graduao da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Porto Alegre, 21 de Novembro de 2003

Prof. Adriano Virglio Damiani Bica Ph.D pela University of Surrey, U.K.

orientador

Prof. Luiz Antnio Bressani Ph.D pela University of London, U.K.

orientador

Prof. Amrico Campos Filho Coordenador do PPGEC/UFRGS

BANCA EXAMINADORA

Prof. Milton Assis Kanji (USP) D.Sc. pela Universidade de So Paulo

Prof. Rinaldo Jos Barbosa Pinheiro (UFSM) D.Sc. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Profa.Wai Ying Yuk Gehling (UFRGS) D.Sc. pela Universidade Politcnica da Catalunya

Dedico este trabalho minha famlia

Imagination is more important than knowledge,

knowledge is limited.

Imagination encircles the world.

Albert Einstein

AGRADECIMENTOS

PROPRIEDADES GEOTCNICAS DOS SOLOS COLUVIONARES DO GASODUTO BOLVIA-BRASIL EM TIMB DO SUL (SC)

AAGGRRAADDEECCIIMMEENNTTOOSS

A concluso desta Dissertao de Mestrado s foi possvel devido contribuio de

vrias pessoas. A todos, que de alguma forma ou de outra contriburam para a execuo deste

trabalho, gostaria de dedicar meus mais sinceros agradecimentos. Especialmente, refiro-me :

Deus pela minha vida, pela minha famlia, pela minha sade, por guiar-me sempre

pelos melhores caminhos, por colocares ao meu lado sempre pessoas boas e especiais e por

todas as oportunidades que me foram concedidas;

A minha famlia em especial aos meus pais Amaro Machado da Silveira e Ivone

Moraes da Silveira por sempre terem apoiado todas as minhas decises e por terem me

auxiliado da melhor forma possvel a evitar os possveis erros que surgem durante a vida.

Antes destes agradecimentos ressalto que serei eternamente grato por serem meus pais e por

gostarem muito de mim. Pai, Me, esta conquista tambm de vocs;

No posso esquecer os agradecimentos aos meus avs paternos e maternos; que

tambm so a minha famlia: Feliciano Silveira e Ordalina Machado da Silveira (in

memorian), e Palmira Moraes. Gostaria de deixar claro neste momento to importante da

minha vida que, esta conquista foi construda desde os primeiros ensinamentos dados tambm

pela pessoa mais vivida, sbia, perseverante e auto confiante que tenho ao meu lado, meu av

Feliciano Silveira, exemplo de vida e fortaleza. V, contigo aprendi: Querer poder. Ento,

est aqui mais um resultado que eu quis e consegui e que dedico tambm ao senhor.

Aos meus professores orientadores Adriano Virglio Damiani Bica e Luiz Antnio

Bressani dedico meus mais sinceros agradecimentos, pois, se hoje sou um profissional ps-

graduado, porque vocs acreditaram em mim. Agradeo tambm pelo convvio, amizade,

inmeros ensinamentos e pelo precioso tempo dedicado sem esquecer dos exemplos

irreparveis; que serviro para toda minha vida; recebidos desde o inicio dos meus trabalhos

no Laboratrio de Mecnica dos Solos (LMS/UFRGS) at a concluso deste trabalho. Espero

sinceramente que nossa convivncia e amizade sejam muito duradouras. Enfim,

agradecimentos so muito pouco em relao a considerao que sinto por vocs, mas mesmo

assim muito obrigado a vocs;

AGRADECIMENTOS

RODRIGO MORAES DA SILVEIRA, [email protected], DISSERTAO DE MESTRADO, Porto Alegre, PPGEC/UFRGS, Novembro/2003.

Aos demais professores da rea geotcnica do Programa de Ps-Graduao em

Engenharia Civil (PPGEC/UFRGS) agradeo profundamente pelos inestimveis ensinamentos

em especial aos professores Wai Ying Yuk Gehling e Washington Peres Nez pela amizade,

pelo carinho, e por todos os momentos de agradvel convvio que passamos;

Aos professores da Universidade Federal de Santa Maria, Jos Mario Doleys Soares e

Rinaldo Jos Barbosa Pinheiro por terem me recomendado muito bem ao PPGEC/UFRGS

assim como aos meus orientadores. Em especial, agradeo ao professor Jos Mario Doleys

Soares por ter me concedido a honra de poder ter trabalhado a seu lado e pela inesquecvel

lembrana de eu ter tido minha iniciao cientifica como bolsista com a sua orientao;

Ao funcionrio do LMS/UFRGS, Jair Francisco Floriano da Silva agradeo por toda

ajuda, ensinamentos, amizade, conselhos, incentivos e divertida convivncia. Desde minha

chegada ao LMS/UFRGS foste uma das melhores amizades conquistadas em Porto Alegre e

tenho muita considerao e admirao pelo senhor. Sem sua ajuda este trabalho seria muito

mais rduo. Espero sinceramente que nossa convivncia e amizade sejam muito duradouras.

Muito obrigado a voc;

Ao colega e grande amigo Marcelo Luvison Rigo. Tenha certeza que voc encontra-se

entre as poucas pessoas que posso chamar de melhor amigo e que considero voc um grande

exemplo de pessoa e profissional. Acredito que esta conquista tambm seria bem mais difcil

se voc no estivesse sempre disposto a me ajudar. Tenho muito a agradecer a voc, entre os

principais agradecimentos encontram-se os incentivos, e a amizade. Agradeo tambm pelos

ensinamentos e simplesmente pelo fato de voc ter estado comigo tanto nas horas ruins

quanto nas horas boas. Muito obrigado de corao;

Aos bolsistas de iniciao cientifica do LMS/UFRGS lvaro Pereira, Francisco

Brugger Issler, Wagner Lima dos Santos e em especial ao bolsista Isac Alexandre Martinello

que trabalhou intensamente na ajuda de execuo dos ensaios de laboratrio e na formatao

final desta dissertao. Ao bolsista de iniciao cientifica do Laboratrio de Pavimentao

(LAPAV/UFRGS) Llio Antnio Teixeira de Brito pela ajuda no melhoramento das figuras

digitalizadas. Ao funcionrio do LAPAV/UFRGS Carlos Ivan Horn Ribas pelo respeito e pala

divertida convivncia;

AGRADECIMENTOS


Aos funcionrios do PPGEC/UFRGS, muito obrigado pelo apoio logstico fornecido e

aos colegas pesquisadores componentes do Projeto FINEP CTPETRO 0682/01;

Aos colegas Carolina Feuerharmel, Cludio Renato Castro Dias, Danielle de Souza

Clerman, Diana Morussi Azambuja, Diego Vendramin, Eli Antnio da Costa, Leandro

Scheffer, Marco Antnio, Raymundo Carlos Machado Ferreira Filho, Rafael Menna Barreto

Azambuja, Rodrigo Caberlon Cruz e Rodrigo Silveira Lovato e especialmente ao grande

amigo Rodrigo Malysz. Ainda aos colegas do mestrado em estruturas Ana Ceclia Libreloto,

Daniel Fraga Sias e Uziel Cavalcanti de Medeiros Quinino e as colegas do doutorado em

geotecnia Cristiane Salermo Schmitz e Luciana Rohde. Agradeo a vocs por terem sido uma

das melhores turma de colegas que tive, com vocs me diverti muito. Muito obrigado pelos

bons momentos que passamos juntos;

Aos amigos Gelogos Andra Valli Nummer e Firmino Constantino Moraes Neto,

obrigado pela amizade e pelo apoio em relao aos assuntos geolgicos desta dissertao;

minha querida e amada namorada Lisiane Figueiredo Fernandes, muito obrigado

pelo apoio, incentivo, compreenso da distncia, amor e carinho a mim concedidos. Essa

minha conquista tambm pode ser considerada tua, s em grande parte motivo das minhas

alegrias e da minha motivao. Eu te amo muito.

SSUUMMRRIIOO

CCAAPPTTUULLOO II IINNTTRROODDUUOO ..................................................................................................................................................................................................................................11

1.1 ESTRUTURA DA DISSERTAO......................................................................................... 2

CCAAPPTTUULLOO IIII RREEVVIISSOO BBIIBBLLIIOOGGRRFFIICCAA ..............................................................................................................................................................................44

2.1 PROCESSOS DE MOVIMENTOS DE MASSA....................................................................... 4

2.1.1 Tipos de movimentos de massa .............................................................................................. 5

2.1.1.1 Fatores condicionantes ............................................................................................... 6

2.1.1.2 Classificao dos movimentos de massa ..................................................................... 9

2.2 INSTABILIDADE DE COLVIOS ......................................................................................... 11

2.2.1 Definio e caractersticas................................................................................................... 12

2.2.2 Origem de colvios ............................................................................................................ 12

2.2.3 Caractersticas dos escorregamentos de solos coluvionares .................................................... 16

2.2.4 Ensaios geotcnicos em solos coluvionares .......................................................................... 18

2.3 FLUXOS DE DETRITOS....................................................................................................... 28

2.3.1 Descrio ......................................................................................................................... 28

2.3.2 Ocorrncia de fluxo de detritos ......................................................................................... 30

2.3.3 Ensaios triaxiais especiais....................................................................................................... 33

CCAAPPTTUULLOO IIIIII CCAARRAACCTTEERRIIZZAAOO DDAA RREEAA IINNVVEESSTTIIGGAADDAA ................................................................................................3355

3.1 LOCALIZAO DA REA INVESTIGADA ....................................................................... 35

3.2 NDICES PLUVIOMTRICOS PRXIMOS REA INVESTIGADA..................................... 37

3.3 GEOLOGIA REGIONAL....................................................................................................... 38

3.3.1 Formao Botucatu (Grupo So Bento) ............................................................................. 42

3.3.2 Formao Serra Geral (Grupo So Bento) ......................................................................... 43

3.4 LOCAIS DE AMOSTRAGEM ............................................................................................... 43

CCAAPPTTUULLOO IIVV AAMMOOSSTTRRAAGGEEMM EE MMEETTOODDOOLLOOGGIIAA DDEE EENNSSAAIIOOSS DDEE LLAABBOORRAATTRRIIOO ..........4477

4.1 AMOSTRAGEM.................................................................................................................... 47

4.2 ENSAIOS DE EXPANSO.................................................................................................... 50

4.2.1 Planejamento dos ensaios.................................................................................................. 50

4.2.2 Equipamentos ................................................................................................................... 51

4.2.3 Moldagem dos corpos de prova para os ensaios de expanso............................................. 51

4.2.4 Procedimento dos ensaios ................................................................................................. 52

4.3 ENSAIOS DE CARACTERIZAO ..................................................................................... 52

4.3.1 ndices Fsicos .................................................................................................................. 53

4.3.2 Limites de Atterberg......................................................................................................... 53

4.3.3 Ensaios de Granulometria ................................................................................................. 53

4.4 ENSAIOS DE CISALHAMENTO DIRETO .............................................................................. 54

4.4.1 Consideraes gerais ........................................................................................................ 55


4.4.3 Equipamentos ................................................................................................................... 57

4.4.4 Moldagem dos corpos de prova para os ensaios de cisalhamento direto ............................. 57

4.4.5 Procedimento dos ensaios ................................................................................................. 57

4.5 ENSAIOS RING SHEAR ........................................................................................................ 58


4.5.2 Equipamento .................................................................................................................... 59

4.5.3 Procedimentos dos ensaios................................................................................................ 60

4.6 ENSAIOS TRIAXIAIS ........................................................................................................... 61

4.6.1 Planejamento dos ensaios ..................................................................................................... 61

4.6.2 Equipamentos utilizados ................................................................................................... 63

4.6.3 Moldagem e procedimentos dos ensaios triaxiais .............................................................. 64

4.6.3.1 Ensaios triaxiais (CIU) corpo de prova indeformado.............................................. 66

4.6.3.2 Ensaios triaxiais (CIU) corpo de prova remoldado ................................................. 67

4.6.3.3 Ensaios triaxiais especiais corpo de prova indeformado ......................................... 67

CCAAPPTTUULLOO VV AAPPRREESSEENNTTAAOO EE AANNLLIISSEE DDOOSS RREESSUULLTTAADDOOSS DDOOSS EENNSSAAIIOOSS DDEE LLAABBOORRAATTRRIIOO....................................................................................................................................................................................................................................6699

5.2 ENSAIOS DE EXPANSO.................................................................................................... 70

5.3 ENSAIOS DE CARACTERIZAO ..................................................................................... 71

5.4 ENSAIOS DE CISALHAMENTO DIRETO........................................................................... 73

5.4.1 Resultados dos ensaios de cisalhamento direto bloco RO1 (km 1000)............................. 74

5.4.2 Resultados dos ensaios de cisalhamento direto bloco AV1 (km 998) .............................. 79

5.4.3 Resultados dos ensaios de cisalhamento direto bloco ES1 (km 998) ............................... 83

5.6 ENSAIOS RING SHEAR ........................................................................................................ 88

5.5 ENSAIOS TRIAXIAIS ........................................................................................................... 91

5.5.1 Correo de rea dos corpos de prova dos ensaios triaxiais................................................ 92

5.5.2 Ensaios triaxiais (CIU) com corpos de prova remoldados .................................................. 96

5.5.3 Ensaios triaxiais (CIU) com corpos de prova indeformados............................................... 99

5.5.3.1 Resultados dos ensaios triaxiais bloco RO1 (km 1000) .......................................... 99

5.5.3.2 Resultados dos ensaios triaxiais bloco RO2 (km 1000) ........................................ 102

5.5.3.3 Resultados dos ensaios triaxiais bloco AV1 (km 998) .......................................... 105

5.5.3.4 Resultados dos ensaios triaxiais bloco ES1 (km 998) ........................................... 107

5.5.4 Ensaios triaxiais especiais ............................................................................................... 109

5.5.4.1 Clculo das tenses efetivas de campo.................................................................... 110

5.5.4.2 Resultados dos ensaios triaxiais especiais ............................................................... 113

CCAAPPTTUULLOO VVII CCOONNCCLLUUSSEESS EE SSUUGGEESSTTEESS PPAARRAA TTRRAABBAALLHHOOSS FFUUTTUURROOSS......................................111166

6.1 CONCLUSES .................................................................................................................... 116

6.2 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................................. 118

CCAAPPTTUULLOO VVIIII RREEFFEERRNNCCIIAASS BBIIBBLLIIOOGGRRFFIICCAASS ......................................................................................................................................111199

LLIISSTTAA DDEE FFIIGGUURRAASS


Figura 2.1 Bloco diagrama de um deslizamento/fluxo complexo de material fino (Varnes,1978) ............10

Figura 2.2 Ilustrao do processo de formao de um colvio (Deere e Patton, 1971)..............................13

Figura 2.3 Material resultante de deposio (alvio) (Lacerda, 2002) .......................................................15

Figura 2.4 Poro de solo residual escorregado e depositado sobre a prpria encosta (Lacerda, 2002) ....15

Figura 2.5 Aparncia do colvio enganosa (Lacerda, 2002) ......................................................................15


Figura 3.1 Mapas com a localizao do municpio de Timb do Sul (SC) e a trajetria do gasoduto Bolvia Brasil em destaque ..................................................................................................35

Figura 3.2 Localizao da Bacia Sedimentar do Paran (adaptado por Melfi et al, 1998).........................39

Figura 3.3 Coluna Estratigrfica da Bacia Sedimentar do Paran, com a identificao da rea estudada (quadro vermelho; Bizzi et al, 2001) ......................................................................................41


Figura 5.1 Distribuio granulomtrica com e sem o uso de defloculante km 1000 (Bloco RO1) .........71

Figura 5.2 Distribuio granulomtrica com e sem o uso de defloculante km 1000 (Bloco RO2) .........72

Figura 5.3 Distribuio granulomtrica com e sem o uso de defloculante km 998 (Bloco AV1)...........72

Figura 5.4 Distribuio granulomtrica com e sem o uso de defloculante km 998 (Bloco ES1) ............73

Figura 5.5 Curvas tenso cisalhante versus deslocamento horizontal obtida nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 1000 (Bloco RO1) ......................................75

Figura 5.6 Curvas deslocamento vertical versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 1000 (Bloco RO1) ................76

Figura 5.7 Curvas tenso cisalhante versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova remoldados km 1000 (Bloco RO1) .........................................76

Figura 5.8 Curvas deslocamento vertical versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova remoldados km 1000 (Bloco RO1) ...................77

Figura 5.9 Envoltrias de ruptura no grfico de tenso cisalhante versus tenso vertical, obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados e com corpos de prova remoldados km 1000 (Bloco RO1). .....................................................................................77

Figura 5.10 Curvas tenso cisalhante versus deformao horizontal acumulada obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 998 (Bloco AV1)..................80

Figura 5.11 Curvas deformao vertical versus deformao horizontal acumulada obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 998 (Bloco AV1)..................80

Figura 5.12 Curvas tenso cisalhante versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova remoldados km 998 (Bloco AV1) ...........................................81

Figura 5.13 Curvas deformao vertical versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova remoldados km 998 (Bloco AV1).....................81

Figura 5.14 Envoltria de ruptura no grfico de tenso cisalhante versus tenso vertical, obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados e com corpos de prova remoldados km 998 (Bloco AV1)........................................................................................82

Figura 5.15 Curvas tenso cisalhante versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 998 (Bloco ES1).........................................84

Figura 5.16 Curvas deslocamento vertical versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 998 (Bloco ES1)...................85

Figura 5.17 Curvas tenso cisalhante versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova remoldados km 998 (Bloco ES1). ...........................................85

Figura 5.18 Curvas deslocamento vertical versus deslocamento horizontal obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova remoldados km 998 (Bloco ES1) ......................86

Figura 5.19 Envoltria de ruptura no grfico de tenso cisalhante versus tenso vertical obtidas nos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados e com corpos de prova remoldados km 998 (Bloco ES1).........................................................................................86

Figura 5.20 Curvas tenso cisalhante versus deslocamento horizontal km 1000 (Bloco RO1) ..............89

Figura 5.21 Curvas tenso cisalhante versus deslocamento horizontal km 998 (Bloco AV1) ................89

Figura 5.22 Curvas tenso cisalhante versus deslocamento horizontal km 998 (Bloco ES1) .................90

Figura 5.23 Envoltrias de ruptura de resistncia ao cisalhamento residual, obtidas com ensaios ring shear........................................................................................................................................90

Figura 5.24 Trajetrias de tenses (p x q) para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 1000 (Bloco RO1), com as correes de rea cilndrica e parablica dos corpos de prova ensaiados. .......95

Figura 5.25 Curvas tenso desvio versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 1000 (Bloco RO1), com correes de rea cilndrica e parablica dos corpos de prova ensaiados .................................................................................................................................96

Figura 5.26 Trajetrias de tenses (p x q) para os ensaios triaxiais (CIU) com corpos de prova remoldados, referente ao km 1000 (Bloco RO1). ...................................................................98

Figura 5.27 Curvas tenso desvio versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU) com corpos de prova remoldados, referente ao km 1000 (Bloco RO1) ..........................................................98

Figura 5.28 Curvas de variao de poropresso versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU) com corpos de prova remoldados referente ao km 1000 (Bloco RO1)...................................99

Figura 5.29 Trajetrias de tenses (p x q) para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 1000 (Bloco RO1) .....................................................................................................................................100

Figura 5.30 Curvas tenso desvio versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 1000 (Bloco RO1)...........................................................................................................101

Figura 5.31 Curvas de variao de poropresso versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 1000 (Bloco RO1).......................................................................................101

Figura 5.32 Trajetrias de tenses (p x q) para os ensaios triaxiais (CIU) referente ao km 1000 (Bloco RO2)......................................................................................................................................103

Figura 5.33 Curvas tenso desvio versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU) referente ao km 1000 (Bloco RO2).................................................................................................................103

Figura 5.34 Curvas de variao de poropresso versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 1000 (Bloco RO2).......................................................................................104

Figura 5.35 Trajetrias de tenses (p x q) para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 998 (Bloco AV1) .....................................................................................................................................105

Figura 5.36 Curvas de tenso desvio versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 998 (Bloco AV1) ............................................................................................................106

Figura 5.37 Trajetrias de tenses (p x q) para os ensaios triaxiais (CIU) referente ao km 998 (Bloco ES1) ......................................................................................................................................108

Figura 5.38 Curvas de tenso desvio versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU), referente ao km 998 (Bloco ES1) .............................................................................................................108

Figura 5.39 Curvas de variao da poropresso versus deformao axial para os ensaios triaxiais (CIU) referente ao km 998 (Bloco ES1)..........................................................................................108

Figura 5.40 Trajetrias de tenses (p x q) obtidas nos ensaios triaxiais (CIU) e tenses de campo........112

Figura 5.41 Trajetrias de tenses (p x q) obtidas nos ensaios triaxiais especiais com corpos de prova indeformados, referente ao km 1000 (Bloco RO1)...............................................................113

Figura 5.42 Curvas de tenso desvio versus deformao axial, obtidas nos ensaios triaxiais especiais com corpos de prova indeformados, referente ao km 1000 (Bloco RO1) ....................................114

Figura 5.43 Curvas q versus variao de poropresso obtidas nos ensaios triaxiais especiais com corpos de prova indeformados, referente ao km 1000 (Bloco RO1)................................................114

Figura 5.44 Curvas variao da poropresso versus deformao axial obtidas nos ensaios triaxiais especiais com corpos de prova indeformados, referente ao km 1000 (Bloco RO1) .............115

LLIISSTTAA DDEE FFOOTTOOSS


Foto 3.1 Trajetria do gasoduto (linha amarela), municpios que envolvem a rea de investigao do projeto e indicao de onde foram amostrados os solos para ensaios de laboratrio (rea investigada). ............................................................................................................................37

Foto 3.2 Perfil de solo coluvionar (km 998) ..............................................................................................44

Foto 3.3 Perfil de solo coluvionar (km 1000).............................................................................................45

Foto 3.4 Perfil de solo coluvionar, (km 998) ..................................................................................... 45

CCAAPPTTUULLOO IIVV AAMMOOSSTTRRAAGGEEMM EE MMEETTOODDOOLLOOGGIIAA DDEE EENNSSAAIIOOSS DDEE LLAABBOORRAATTRRIIOO ..........4477

Foto 4.1 Local onde forma amostrados os Blocos AV1 e AV2, no km 998 ..............................................48

Foto 4.2 Local onde forma amostrados os Blocos AV1 e AV2, no km 998 (atrs de um avirio) ............48

Foto 4.3 Preparao da bancada para moldagem dos blocos ES1 e ES2, no km 998 ................................48

Foto 4.4 Detalhe dos blocos RO1 e RO2 amostrados no km 1000, prontos para serem parafinados.........49

Foto 4.5 Bloco RO1, moldado em solo coluvionar, amostrado do km 1000..............................................49

Foto 4.6 Bloco RO1 km 1000 parcialmente parafinado no talude do km 1000 .........................................50

Foto 4.7 Detalhe do bloco R01, com a base regularizada e parafinada, pronto para o transporte..............50

Foto 4.8 Equipamento para ensaio de cisalhamento direto instrumentado.................................................56

Foto 4.9 Detalhe do equipamento para ensaio de cisalhamento direto instrumentado...............................56

Foto 4.10 Equipamento ring shear de amostras deformadas, do tipo deformao controlada, da marca Wikeham Farrance Int. ...........................................................................................................59

Foto 4.11 Processo de moldagem do corpo de prova para ensaio ring shear.............................................60

Foto 4.12 Equipamento para controle automtico de presses no ensaio triaxial, desenvolvido por Ferreira (2002)......................................................................................................................................63

Foto 4.13 Equipamento para ensaio triaxial instrumentado........................................................................63

Foto 4.14 Apresentao geral do equipamento triaxial instrumentado.......................................................64

Foto 4.15 Detalhes da amostra para posterior moldagem do corpo de prova para ensaios triaxiais...........65

Foto 4.16 Moldagem do corpo de prova para ensaios triaxiais ..................................................................65

Foto 4.17 Regularizao do topo e da base do corpo de prova moldado para ensaios triaxiais. ................65


Foto 5.1 Deformao ps-pico do corpo de prova ensaiado com tenso confinante efetiva de 50 kPa, referente ao km 1000 (Bloco RO1).........................................................................................93

Foto 5.2 Deformao ps-pico do corpo de prova ensaiado com tenso confinante efetiva de 50 kPa referente ao km 998 (Bloco AV1) ..........................................................................................94



LLIISSTTAA DDEE TTAABBEELLAASS


Tabela 2.1 Parmetros de caracterizao e resistncia ao cisalhamento de pico e residual para os solos do talude de Faxinal do Soturno (Pinheiro et al, 1997)................................................................23

Tabela 2.2 Resultados dos ensaios de caracterizao de solos coluvionares da rua Licurgo, em Madureira, no Rio de Janeiro (Clementino e Lacerda, 1992)....................................................................24

Tabela 2.3 Resultados dos ensaios de cisalhamento direto de solos coluvionares da rua Licurgo, em Madureira, no Rio de Janeiro (Clementino e Lacerda, 1992). ................................................24

Tabela 2.4 Resultados dos ensaios de caracterizao da encosta urbana instvel em Santa Maria (RS) (Soares et al, 2001). ................................................................................................................25

Tabela 2.5 ndices fsicos do solo coluvionar da encosta urbana instvel em Santa Maria (RS) (Soares et al, 2001). .................................................................................................................................26

Tabela 2.6 Parmetros de resistncia ao cisalhamento do solo coluvionar da encosta urbana instvel em Santa Maria (RS) (Soares et al, 2001). ...................................................................................26

Tabela 2.7 ndices fsicos dos corpos de prova de solos coluvionares de Bananal/SP ensaiados por Fonseca et al (2002)................................................................................................................27

Tabela 2.8 Parmetros de resistncia ao cisalhamento de solos coluvionares de Bananal (SP) obtidos com ensaios de cisalhamento direto (Fonseca et al, 2002) .............................................................27


Tabela 5.1 Ensaios de laboratrio realizados..............................................................................................69

Tabela 5.2 ndices fsicos dos ensaios de expanso sv=1,3 kPa..............................................................70

Tabela 5.3 ndices fsicos dos ensaios de expanso sv=30 kPa...............................................................70 Tabela 5.3 Resultados dos ensaios de expanso.........................................................................................71

Tabela 5.5 Resumo dos resultados dos ensaios de caracterizao..............................................................73

Tabela 5.6 ndices fsicos dos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 1000 (Bloco RO1)...................................................................................................................75

Tabela 5.7 ndices de vazios iniciais e os ndices de vazios aps o adensamento dos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova remoldados km 1000 (Bloco RO1) ...................75

Tabela 5.8 ndices fsicos dos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 998 (Bloco AV1) ....................................................................................................................79

Tabela 5.9 ndices de vazios iniciais e os ndices de vazios aps o adensamento dos ensaios de cisalhamento direto com corpo de prova remoldado km 998 (Bloco AV1) ........................79

Tabela 5.10 ndices fsicos dos ensaios de cisalhamento direto com corpos de prova indeformados km 998 (Bloco ES1)......................................................................................................................83

Tabela 5.11 ndices de vazios iniciais e os ndices de vazios aps o adensamento dos ensaios de cisalhamento direto com corpo de prova remoldado km 998 (Bloco ES1) .........................84

Tabela 5.12 Parmetros de resistncia ao cisalhamento obtidos nos ensaios de cisalhamento direto ........88

Tabela 5.13 Valores de ndice de plasticidade e ngulo de atrito interno residual para os solos ensaiados91

Tabela 5.14 reas dos corpos de prova remoldados km 1000 (Bloco RO1)...........................................97

Tabela 5.15 ndices fsicos iniciais dos corpos de prova indeformados para os ensaios triaxiais (CIU) km 1000 (Bloco RO1)...........................................................................................................100

Tabela 5.16 ndices fsicos iniciais dos corpos de prova indeformados para os ensaios triaxiais (CIU) km 1000 (Bloco RO2)...........................................................................................................102

Tabela 5.17 ndices fsicos iniciais dos corpos de prova indeformados para os ensaios triaxiais (CIU) km 998 (Bloco AV1) ............................................................................................................105

Tabela 5.18 ndices fsicos iniciais dos corpos de prova indeformados para os ensaios triaxiais (CIU) km 998 (Bloco ES1) .............................................................................................................107

Tabela 5.19 Parmetros de resistncia ao cisalhamento obtidos nos ensaios triaxiais CIU......................109

Tabela 5.20 Fatores de segurana do talude do km 1000 calculados para diferentes profundidades de solo, profundidades de nvel dgua a partir da superfcie e interceptos coesivos.........................110

Tabela 5.21 Tenses cisalhantes e tenses verticais para as condies de campo a determinadas profundidades de solo e profundidades de nvel d'gua........................................................112

LLIISSTTAA DDEE QQUUAADDRROOSS


Quadro 2.1 Lista das causas de movimentos de massa (Cruden e Varnes, 1996) ........................................7

Quadro 2.2 Principais tipos de movimentos de encosta no Brasil (Augusto Filho, 1992) ...........................8

Quadro 2.3 Comparao entre as principais propostas de classificao de movimentos de massa no Brasil (Fernandes e Amaral, 1998)....................................................................................................11


Quadro 3.1 Histrico pluviomtrico do final do ms de Dezembro nas reas de Jacinto Machado (SC) e Timb do Sul (SC), (Gramani, 2001)......................................................................................38

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SMBOLOS


LLIISSTTAA DDEE AABBRREEVVIIAATTUURRAASS,, SSIIGGLLAASS EE SSMMBBOOLLOOSS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ASTM American Society for Testing Materials

BS British Standards

eo ndice de vazios inicial

e ndice de vazios

IP ndice de plasticidade

LL Limite de liquidez

LP Limite de plasticidade

FS Fator de Segurana

S Grau de saturao

U Poropresso

U0 Poropresso inicial

cr Intercepto coesivo efetivo residual

cpico Intercepto coesivo efetivo de pico

fpico ngulo de atrito interno efetivo de pico

fr ngulo de atrito interno efetivo residual

gs Peso especfico real dos gros

gt Peso especfico aparente mido

gd Peso especfico aparente seco

w - Teor de umidade

sv Tenso vertical efetiva

t Resistncia ao cisalhamento

RESUMO


RREESSUUMMOO

SILVEIRA, R. M. Propriedades Geotcnicas dos Solos Coluvionares do Gasoduto Bolvia-Brasil em Timb do Sul (SC). 2003. Dissertao (Mestrado em Geotecnia) Programa de Ps Graduao em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.

Esta dissertao de mestrado apresenta estudos sobre as propriedades geotcnicas dos

solos coluvionares existentes ao longo do gasoduto Bolvia-Brasil em Timb do Sul (SC), na

regio sul do Brasil. Estas propriedades devero ser utilizadas em anlises de estabilidade de

taludes naturais e de corte ao longo do gasoduto, principalmente na avaliao da

suscetibilidade iniciao de fluxos de detritos (debris flows), j constatados na regio em

Dezembro de 1995. Os fluxos de detritos so os movimentos de massa que representam maior

risco integridade fsica do gasoduto na regio investigada. Ressalta-se que rupturas de

gasodutos, como a ocorrida no Mxico em Junho de 2003, em funo de um fluxo de detritos,

podem ter conseqncias devastadoras em termos de perda de vidas e danos a propriedades e

ao meio ambiente. A rea investigada formada por depsitos coluvionares originados da

Formao Serra Geral, geralmente associados existncia de perfis com horizontes de solo

residual e blocos de rocha, originrios de macios rochosos fraturados. Dois depsitos

coluvionares investigados foram identificados como provenientes da decomposio de rochas

vulcnicas. Estes depsitos encontram-se assentes sobre solo residual de basalto. Outro depsito

coluvionar estudado foi identificado como oriundo da degradao de arenito intertrap. Os ensaios

de laboratrio realizados foram ensaios de expanso, ensaios de caracterizao, ensaios de

cisalhamento direto, ensaios ring shear e ensaios triaxiais (CIU) e especiais. Os ensaios

triaxiais especiais consistiram em uma fase de cisalhamento inicial realizada sob condies

drenadas at prximo do estado de tenses existente no campo, seguida de um carregamento

no drenado at a ruptura. Estes ensaios demonstraram que, na fase no drenada e sob baixas

tenses de confinamento, ocorre um aumento de poropresso seguido pela diminuio da

mesma at valores negativos. Mostram tambm que, carregamentos no drenados em baixas

tenses confinantes sobre este solo no induzem tendncia a liquefao.

Palavra Chave: colvios, ensaios de laboratrio, estabilidade de taludes.

ABSTRACT


AABBSSTTRRAACCTT

SILVEIRA, R. M. Geotechnical proprieties of colluvium soils of Bolvia-Brazil Gas Pipeline in Timb do Sul (SC). 2003. M.Sc Dissertation (Masters in Geotechnical Engineering) Programa de Ps Graduao em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.

This dissertation presents studies on the geotechnical properties of colluvial soils

sampled along the Bolivia-Brazil gas pipeline near the city of Timb do Sul, Santa Catarina

state, Brazil. These properties shall be used in slope stability analyses of natural and cut

slopes along the pipeline, mainly on the evaluation of the triggering mechanism of Debris

Flows, which have already taken place in the region in December 1995. Debris Flows are the

kind of mass movement associated to the investigated region that represent major risk to the

integrity of the pipeline. It should be emphasized that failures on pipelines, like the one that

occurred in Mexico in June 2003 due to a debris flow, may have devastating consequences in

terms of loss of lives and damages to private properties and the environment. The investigated

area is constituted of colluvial deposits originated from the Serra Geral Formation. These

deposits are generally associated with profiles of residual soils and rock from fractured rock

masses. From the investigated colluviums, two were identified as resulting from the

weathering of volcanic material and one from the weathering of intertrap sandstone, which is

sometimes found sandwiched between lava flows in the Serra Geral Formation. The

laboratory tests performed in this study included expansion tests, characterization tests, direct

shear tests, ring shear tests and triaxial CIU and special tests. In the special triaxial tests the

specimen reached the in situ stress state under drained loading and was then sheared

undrained until failure. During the undrained phase of the tests and under low effective

confining stresses there was a small increase in pore pressure followed by a decrease of the

pressure to negative values. The tests have also shown that undrained loadings under low

confining stresses do not lead to liquefaction.

Keywords: colluvium, laboratory tests, slope stability.

CAPTULO I INTRODUO


1

CCAAPPTTUULLOO II IINNTTRROODDUUOO

A necessidade cada vez maior de energia condiciona a busca de alternativas visando

gerao econmica e a segurana ambiental. A implantao de gasodutos em busca de

alternativas energticas e ambientais sustentveis depara-se com condicionantes dos meios

fsico e bitico que podem ser benficas ou adversas.

Esta dissertao de mestrado apresenta estudos sobre as propriedades geotcnicas dos

solos coluvionares do gasoduto Bolvia-Brasil em Timb do Sul (SC), na regio sul do Brasil.

Estas propriedades devero ser utilizadas em anlises de estabilidade de taludes naturais e de

corte ao longo do gasoduto, principalmente na avaliao da suscetibilidade iniciao de

fluxos de detritos (debris flows), j constatados na regio em Dezembro de 1995. Esta

dissertao foi desenvolvida com o apoio do Projeto FINEP CTPETRO 0682/01 (Segurana

em Tubulaes com Gs Natural: Monitoramento e Previso de Problemas Geotcnicos e

Ambientais em Pontos Crticos com Base Georreferenciada) no Laboratrio de Mecnica dos

Solos da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LMS/UFRGS).

A rea de investigao direta do projeto, na regio dos Aparados da Serra, foi definida

antes dos primeiros trabalhos de campo desta dissertao, a partir da anlise de imagens de

satlite e de trabalhos de campo realizados pelos pesquisadores envolvidos no projeto. A rea

definida para os trabalhos est situada na divisa dos estados do Rio Grande do Sul e Santa

Catarina, onde o Gasoduto Bolvia-Brasil sobe a Serra Geral. Essa rea envolve basicamente

os municpios de Timb do Sul (SC) e de So Jos dos Ausentes (RS). O traado do gasoduto

- na rea de investigao direta do Projeto FINEP CTPETRO 0682/01 - atravessa quatro

regies de geomorfologia bastante distinta: (a) campos de cima da serra (planalto); (b) escarpa

da Serra Geral; (c) depsitos coluvionares e depsitos aluvionares; e (d) colvios de regies

planas. Estas distintas regies se refletem nos problemas geotcnicos encontrados.

A grande parte da regio sul do Brasil coberta por uma seqncia de derrames

baslticos conhecidos como Formao Serra Geral. No estado do Rio Grande do Sul, a

espessura destes derrames possui at 1200 m. Cada derrame constitudo de litologia e

estrutura complexa. As partes superiores e inferiores consistem geralmente de um conjunto

irregular de brecha basltica, basalto vesicular e amigdalide, com algum material vtreo. A

CAPTULO I INTRODUO


2

parte central do derrame consiste de basalto macio com juntas predominantemente verticais

(basalto colunar), embora algumas vezes estejam presentes juntas horizontais (Bressani et al,

1997). Os solos coluvionares da Formao Serra Geral esto associados existncia nessas

encostas de horizontes de solo residual e blocos de rocha originrios de macios rochosos

fraturados. Partculas de solo e blocos de rocha s e alterada so transportados por ao da

gravidade e da eroso. Esses materiais se depositam na base e ao longo das encostas dessas

serras. A percolao de gua dentro de camadas de solos coluvionares aumenta a poropresso

podendo causar a instabilidade da encosta.

A caracterizao de solos coluvionares situados nos taludes dos km 998 e km 1000 do

gasoduto Brasil-Bolvia em Timb do Sul (SC) e seu comportamento sob condies

climticas adversas so informaes essenciais para a interpretao das instabilidades de

taludes observadas na regio. Para a determinao das propriedades geotcnicas desses solos

coluvionares foi realizado nesta dissertao um conjunto de ensaios de laboratrio (ensaios de

caracterizao, ensaios de cisalhamento direto, ensaios triaxiais, ensaios ring shear e alguns

ensaios triaxiais especiais). Atravs de alguns ensaios triaxiais especiais, foram analisadas as

condies de instabilidades que podem ocorrer em campo devido s chuvas de grande

intensidade e curta durao. Os resultados destes ensaios devero ser utilizados em anlises de

estabilidade de taludes naturais e de corte ao longo do gasoduto, principalmente na avaliao

da suscetibilidade iniciao de fluxos de detritos (debris flows), j constatados na regio em

Dezembro de 1995.

Os fluxos de detritos so os movimentos de massa que representam maior risco

integridade fsica do gasoduto na regio investigada. Deve-se notar que acidentes em

gasodutos, como o ocorrido no Mxico em Junho de 2003, envolvendo fluxos de detritos,

podem ter conseqncias devastadoras em termos de perda de vidas e danos a propriedades e

ao meio ambiente.

1.1 ESTRUTURA DA DISSERTAO

Uma reviso da bibliografia nacional e internacional apresentada no Captulo II desta

dissertao. Este captulo dividido em trs temas principais: (a) processos de movimento de

massa, (b) instabilidade de colvios e (c) fluxos de detritos. Na reviso esto apresentadas

CAPTULO I INTRODUO


3

caractersticas geotcnicas de colvios com o objetivo de embasar os resultados e as

discusses que sero apresentados no Captulo V.

A caracterizao da rea investigada apresentada no Captulo III. So descritas as

localizaes da rea investigada, ndices pluviomtricos prximos rea investigada, geologia

regional e locais de amostragem dos solos para os ensaios de laboratrio.

O Captulo IV se refere s tcnicas experimentais para os ensaios de laboratrio

convencionais e especiais. So descritos em detalhe os ensaios de laboratrio realizados bem

como os procedimentos adotados na execuo dos mesmos. O Captulo V apresenta e discute

os resultados desses ensaios de laboratrio. O Captulo VI apresenta as concluses e as

sugestes para pesquisas futuras.

CAPTULO II REVISO BIBLIOGRFICA


4

CCAAPPTTUULLOO IIII RREEVVIISSOO BBIIBBLLIIOOGGRRFFIICCAA

2.1 PROCESSOS DE MOVIMENTOS DE MASSA

Os processos que modelam a paisagem esto relacionados s foras atuantes na

superfcie da Terra. Dentre estas se destacam a gravidade, as mars, a radiao solar e o calor

interno. A dinmica externa tende a nivelar a superfcie do planeta pelos fenmenos de eroso

e sedimentao e os processos de dinmica interna originam novos relevos e depresses, com

a formao de cadeias orognicas, planaltos, fossas tectnicas e cadeias vulcnicas. As

modificaes oriundas dos processos da dinmica interna podem ser ou no perceptveis

nossa capacidade de observao, dependendo da velocidade do processo ou da relao de

foras. Assim sendo, as dinmicas externa e interna constituem processos antagnicos que,

desde os mais remotos tempos geolgicos, mantm a superfcie da terra em permanente

evoluo.

O territrio brasileiro foi palco de mltiplos processos geolgicos que deram origem a

uma grande variedade de rochas com distribuio geogrfica complexa. Segundo Leinz e

Leonards (1977), a origem das principais escarpas e encostas est geralmente associada aos

movimentos orogenticos ou ento decorre da epirognese, ou seja, tem sua origem motivada

por movimentos tectnicos e magmticos envolvendo pores importantes da crosta terrestre,

a nvel continental ou regional.

Conforme Fernandes e Amaral (1998), os processos de escorregamento, assim como o

intemperismo e a eroso, so fenmenos naturais contnuos de dinmica externa, que

modelam a paisagem da superfcie da Terra. As transformaes ambientais realizadas, no

tempo e no espao, pelas manifestaes da dinmica externa so conseqncias das seguintes

causas:

- Variaes climticas;

- Movimentos tectnicos, ditos epirognicos, de soerguimento e afundamento;

- Deslocamento das placas litosfricas, sofrendo deformaes e conseqentes

variaes ambientais;



5

- Soerguimento de grandes cadeias de montanhas nas faixas de dobramentos nos

stios de colises de placas (orognese), assim como outros reflexos na superfcie da Terra, de

fenmenos da dinmica interna.

Segundo Wolle (1980), a natureza, atravs de dobramentos e flexuras ou atravs de

tectnica rgida, falhamentos e basculamentos, cria os relevos acidentados. A elevao da

crosta d origem a serras e montanhas e os afundamentos do origem a vales, plancies, lagos

e mares. Na dinmica de evoluo das encostas, os relevos atuais de reas montanhosas,

serranas e regies mais antigas, vm sendo determinados pelos processos erosivos mais

recentes que, atuando incessantemente, esculpem a morfologia de vales, espiges e patamares,

especialmente aqueles localizados em locais de clima tropical e subtropical. Segundo o autor,

a dinmica destas duas formas antagnicas de atuao das foras da natureza determina a

morfologia dos relevos e a situao das encostas, situao esta que no nunca esttica ou

definitiva, mas representa um determinado estgio de evoluo (parcial) na escala geolgica

do tempo.

2.1.1 Tipos de movimentos de massa

Existem vrias formas e processos de movimentos de massa, que recebem na literatura

vrias denominaes, muitas vezes correlacionadas entre si. A grande confuso em relao ao

conceito de landslides est no fato de que alguns autores consideram o termo como sinnimo

de movimentos de massa e outros como um processo semelhante a um slide (deslizamento).

Dentre os vrios processos de movimentos de massa associados gravidade, os

escorregamentos nas encostas assumem uma grande importncia em funo da interferncia

das atividades do homem, da extrema varincia de sua escala, da complexidade das causas e

mecanismos, alm da variabilidade dos processos envolvidos. A influncia das atividades do

homem contribui para modificar o regime de escoamento, infiltrao e evapotranspirao da

gua das chuvas, provocando a acelerao dos processos erosivos dos solos, a diminuio da

infiltrao dgua na recarga dos aqferos, a desertificao e a salinizao de aqferos

dentre outros aspectos negativos. Por outro lado, recupera reas degradadas ou ocupa com

critrios adequados.

Na literatura internacional, os movimentos de solo e rocha so conhecidos como

landslides pelos autores americanos, landslips pelos ingleses, mass movements por alguns

engenheiros e geomorflogos, slope movements pela maioria dos engenheiros e mass wasting



6

pela maioria dos geomorflogos. De uma maneira geral pode-se definir landslide como um

termo utilizado para denominar diversos tipos de movimento de massa, quedas, tombamentos,

deslizamentos, fluxos e/ou afundamento ao longo de placas. Skempton e Hutchinson (1969)

definiram o termo landslide como movimentos que englobam movimentos de massas de solo

e/ou rocha resultantes de uma ruptura por cisalhamento ao longo de um plano ou superfcie.

Cruden (1991) definiu o termo landslide como o movimento de uma massa de rocha, detritos

ou terra, proveniente das partes mais altas de um talude que se move em direo s partes

mais baixas.

O esclarecimento desses conceitos importante no contexto da geotcnica brasileira.

Segundo Pinheiro et al (1997), as regies sul e sudeste do Brasil, por suas condies

climticas e pelas grandes extenses de macios montanhosos (Serra Geral e Serra do Mar),

esto sujeitas a desastres associados aos movimentos de massa nas encostas. Alm da grande

quantidade dos escorregamentos de origem natural, ocorre nestas regies um elevado nmero

de escorregamentos induzidos pela ao do homem.

2.1.1.1 Fatores condicionantes

A instabilizao de taludes e encostas controlada por uma cadeia de eventos, muitas

vezes de carter cclico, que tem origem com a formao da prpria rocha e toda a sua histria

geolgica e geomorfolgica subseqente, como movimentos tectnicos, intemperismo,

eroso, ao antrpica, etc (Augusto Filho e Virgili, 1998). Na maioria dos processos de

instabilizao de encostas e taludes, atuam, concomitantemente, mais de um fator

condicionante. Apesar desta complexidade de eventos, possvel tentar estabelecer um

conjunto de condicionantes que atuam de forma mais direta e imediata na deflagrao destes

processos. Vrios autores discutem estas relaes; entre estes, destacam-se os trabalhos de

Terzaghi (1950), Guidicini e Nieble (1984), Varnes, (1978), Cruden e Varnes (1996) e

Augusto Filho e Virgilli (1998).

Para Varnes (1978), os principais fatores que contribuem para a reduo da resistncia

ao cisalhamento so o estado inicial do material (composio, textura, estrutura e geometria

do talude), mudanas devidas ao intemperismo e outras reaes qumicas, mudanas nas

foras intergranulares devidas ao teor de umidade e presso nos poros e fraturas, mudanas

na estrutura e outras causas. Estes fatores esto relacionados aos fenmenos naturais. Os



7

autores resumiram os processos e as caractersticas que contribuem para os movimentos de

massa. Esto listadas as causas destes movimentos, divididas em 4 grupos prticos de acordo

com as ferramentas e os procedimentos necessrios para iniciar-se uma investigao,

conforme mostrado no Quadro 2.1.

Quadro 2.1 Lista das causas de movimentos de massa (Cruden e Varnes, 1996)

CAUSAS GEOLGICAS

CAUSAS MORFOLGICAS

CAUSAS FSICAS CAUSAS HUMANAS

- Materiais fracos - levantamento

tectnico ou vulcnico

- chuvas intensas - escavaes de taludes

- materiais sensveis - alvio por degelo - derretimento rpido de neve

- sobrecarga no talude ou na crista

- materiais intemperizados

- eroso fluvial no p do talude

- precipitaes excepcionalmente prolongadas

- rebaixamento (reservatrios)

- materiais fissurados ou fraturados

- eroso glacial no p do talude

- Terremotos - Irrigao

- orientao desfavorvel de descontinuidades (acamamento, xistosidade, etc.)

- eroso nas margens laterais

- erupes vulcnicas - minerao

- Orientao desfavorvel de descontinuidades estruturais (falhas, contatos, inconformidades, etc.)

- Eroso subterrnea (Soluo e piping) - descongelamento

- vibrao artificial

- contraste de permeabilidade

- deposio de cargas no talude ou na crista

- intemperismo por congelamento e descongelamento

- vazamento de gua

- contraste de rigidez (materiais densos, rgidos sobre materiais plstico)

- remoo da vegetao (fogo, seca)

- intemperismo por expanso e retrao

Augusto Filho (1992) apresentou de forma sucinta os principais tipos de movimentos

de massa que ocorrem com mais freqncia no Brasil, relativos com a dinmica de ambientes

tropicais e subtropicais. O Quadro 2.2 apresenta as caractersticas de um conjunto de

diferentes tipos de movimentos gravitacionais de massa, diretamente relacionados dinmica

das encostas brasileiras.



8

Quadro 2.2 Principais tipos de movimentos de encosta no Brasil (Augusto Filho, 1992)

PROCESSOS CARACTERSTICAS DO MOVIMENTO, MATERIAL E GEOMETRIA

Rastejo (creep)

- Vrios planos de deslocamento (internos); - Velocidades muito baixas a baixas (cm/ano) e decrescentes com a

profundidade; - Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes; - Solo, depsitos, rocha alterada e/ou fraturada; - Geometria indefinida.

Escorregamentos (slides)

- Poucos planos de deslocamento (externo); - Velocidades mdias (m/h) a altas (m/s); - Pequenos a grandes volumes de material; - Geometria e materiais variveis: - Planares solos pouco espessos, solos e rochas com um plano de fraqueza; - Circulares solos espessos homogneos e rochas muito fraturadas; - Em cunha solos e rochas com dois planos de fraqueza.

Corridas (flows)

- Muitas superfcies de deslocamento (internas e externas massa em movimentao);

- Movimento semelhante a um lquido viscoso; - Desenvolvimento ao longo de drenagens; - Velocidades mdias a altas; - Mobilizao de solo, rocha, detritos e gua; - Grandes volumes de material; - Extenso raio de alcance, mesmo em reas planas.

Augusto Filho e Virgili (1998) resumem os principais fatores condicionantes dos

processos de instabilizao de encostas na dinmica ambiental brasileira:

- Caractersticas climticas, com destaque para o regime pluviomtrico;

- Caractersticas e distribuio dos materiais que compem o substrato das

encostas e taludes, abrangendo solos, rochas, depsitos e estruturas geolgicas (xistosidade,

fraturas, etc.);

- Caractersticas geomorfolgicas, com destaque para a inclinao, amplitude e

forma do perfil das encostas (retilneo, convexo e cncavo);

- Regime das guas superficiais e subsuperficiais;

- Caractersticas do uso e ocupao, incluindo cobertura vegetal e as diferentes

formas de interveno antrpica das encostas, como cortes, aterros, concentrao de gua

pluvial e servida, etc.



9

2.1.1.2 Classificao dos movimentos de massa

Para os escorregamentos ou movimentos de encostas, existem inmeras classificaes.

Sistemas recentes e com esquemas ilustrativos foram apresentados por Varnes (1978),

Skempton e Hutchinson (1969), Bromhead (1986), Hutchinson (1988), Sassa (1989) e Cruden

e Varnes (1996).

A importncia destas classificaes na aplicao prtica est no fato de associar um

determinado tipo de movimento s suas caractersticas (profundidade, raio de alcance,

material, etc.). Estas caractersticas, em conjunto com o entendimento dos condicionantes,

permitem formular modelos que tm sido utilizados para orientar medidas preventivas e/ou

corretivas. As classificaes de movimentos de massa baseiam-se geralmente na combinao

dos seguintes critrios bsicos: velocidade, direo e recorrncia dos deslocamentos; natureza

do material, textura, estrutura e teor de umidade; geometria da massa movimentada e

velocidade de deformao do movimento.

Movimentos de massa podem ser classificados e descritos atravs de duas formas

segundo Varnes (1978) e Cruden e Varnes (1996). A primeira forma descreve o material e a

segunda o tipo de movimento. Em relao aos materiais, estes so divididos em rochas,

detritos (20% a 80% das partculas so > 2mm) e solo (80% ou mais das partculas so <

2mm). Os tipos de movimentos dividem-se em quedas, tombamentos, deslizamentos

(rotacionais e translacionais), expanses laterais/espraiamentos, fluxos (solo, detritos e rocha)

e complexos (combinao de dois ou mais dos principais tipos de movimentos).

A classificao de movimentos de massa proposta por Varnes (1978) simples e

baseia-se no tipo de movimento e no tipo de material transportado. a mais utilizada

internacionalmente, sendo adotada pela International Association of Engineering Geology

(IAEG). Uma das razes para o grande uso da classificao proposta pelo autor a

apresentao de bloco-diagramas tri-dimensionais dos movimentos como o da Figura 2.1,

onde est representado um deslizamento/fluxo complexo de material fino (solo).



10

Figura 2.1 Bloco diagrama de um deslizamento/fluxo complexo de material fino (Varnes,1978)

Skempton e Hutchinson (1969) apresentaram um sistema de classificao de

escorregamentos em taludes argilosos propondo o reconhecimento de 5 tipos bsicos e 6

formas complexas de movimentos de massa. Os tipos bsicos de movimentos de massa foram

classificados em quedas, escorregamentos rotacionais, escorregamentos compostos,

escorregamentos translacionais e corridas. Os movimentos complexos foram classificados em

escorregamentos sucessivos, escorregamentos retrogressivos mltiplos, fluxo de solo,

escorregamentos em colvios, expanso lateral e escorregamento.

O sistema de classificao proposto por Hutchinson (1988) um dos mais completos e

complexos que se tem conhecimento at o momento. Este sistema baseia-se na morfologia da

massa em movimento e em critrios associados ao tipo de material, ao mecanismo de ruptura,

velocidade do movimento, s condies hidrogeolgicas e s caractersticas da estrutura do

solo (fabric). Contudo, devido a sua complexidade, este sistema de classificao requer um

volume grande de informaes que muitas vezes dificulta a sua utilizao no campo. Os tipos

principais de movimentos de massa foram classificados em movimentos devidos ao alvio de

tenso (rebound), rastejo (creep), deformaes significativas em cristas de montanha e taludes

(sagging), escorregamentos, movimento de detritos na forma de fluxos, tombamentos, quedas

e movimentos complexos.



11

Cruden e Varnes (1996) revisaram e adicionaram novos termos classificao de Varnes

(1978), internacionalmente adotada. Os tipos de movimentos e os materiais no foram

modificados. Os movimentos foram novamente divididos em 5 tipos: quedas, tombamentos,

escorregamentos, espraiamentos e fluxos. O sexto tipo proposto por Varnes (1978),

escorregamentos complexos, foi retirado da classificao formal, embora o termo complexo foi

mantido para descrever o estilo de atividade de um escorregamento.

A seqncia recomendada para a classificao proposta Cruden e Varnes (1996) descreve

a atividade dos escorregamentos (incluindo o estado, distribuio e estilo), seguida pela descrio

de todos os movimentos (incluindo a velocidade, teor de umidade, material e tipo). Movimentos

posteriores ou subseqentes em escorregamentos complexos e compostos podem ser descritos

pela repetio, quantas vezes for necessrio, da descrio proposta neste quadro. Segundo os

autores, a terminologia sugerida consistente com os mtodos sugeridos e o glossrio da

UNESCO, (1990).

As classificaes dos movimentos de massa mais utilizadas no Brasil foram apresentadas

por Freire (1965), Guidicini e Nieble (1984) e a proposta pelo grupo de pesquisa do IPT (1991),

segundo Fernandes e Amaral (1998). Esto resumidas no Quadro 2.3.

Quadro 2.3 Comparao entre as principais propostas de classificao de movimentos de massa no Brasil

(Fernandes e Amaral, 1998)

Freire (1965) Guidicini e Nieble (1984) IPT (1991) ESCOAMENTOS: Rastejos e corridas

ESCOAMENTOS: Rastejos e corridas

RASTEJOS CORRIDAS DE MASSA

ESCORREGAMENTOS: Rotacionais e translacionais

ESCORREGAMENTOS: Rotacionais, translacionais, queda de

blocos e queda de detritos

ESCORREGAMENTOS

SUBSIDNCIAS E DESABAMENTOS

SUBSIDNCIAS: Subsidncias, recalques e

desabamentos

QUEDAS E TOMBAMENTOS

Formas de Transio Movimentos Complexos

2.2 INSTABILIDADE DE COLVIOS

Na rea de estudo do Projeto FINEP CTPETRO 0682/01 relativa a esta dissertao foram

identificados pelos pesquisadores do projeto dois tipos de colvios: (a) colvios oriundos de

rochas vulcnicas, (b) colvios oriundos de arenito. Com base nesta identificao, nesta seo

sero revistos aspectos do comportamento geotcnico tpico de colvios.



12

2.2.1 Definio e caractersticas

Lacerda e Sandroni (1985) definiram colvio como um depsito composto por blocos

e/ou gros de qualquer dimenso, transportados por gravidade e acumulados no sop ou a

pequena distncia de taludes mais ngremes ou escarpas rochosas. De maneira geral, podem ser

descritos como materiais com grande variabilidade de textura, comportamento mecnico dctil-

plstico sem pico definido e com rede de fluxo bem estabelecida nos perodos chuvosos. Essas

massas coluvionares, devido ao seu prprio processo de formao, geralmente apresentam

movimentos lentos de rastejo, seja por carregamentos impostos por novos aportes de material, seja

por eroso do sop pelas drenagens (arroios e rios), seja pelo prprio comportamento do material,

que muitas vezes apresenta aspectos reolgicos particulares (fluncia sob tenso constante).

Schilling (1993) definiu solo coluvionar como sendo a camada formada por solo e/ou

fragmentos de rocha localizados no p e ao longo da encosta, transportados das cotas mais altas,

pela ao da gravidade e das guas. Este processo de formao tem ao intensa das guas

superficiais e subterrneas que escoam ao longo da encosta e contribuem para a ocorrncia da

eroso e dos escorregamentos. Esses escorregamentos deslocam a massa terrosa e rochosa para as

cotas mais baixas da encosta. Filho (1997) definiu colvios como depsitos de encosta que se

deslocaram pela ao do prprio peso e por ao das guas da chuva, incluindo nesta definio os

depsitos de tlus, constitudos por fragmentos de rocha. Segundo Nogami (1995), colvios

referem-se ao processo geolgico atravs do qual materiais existentes na superfcie so

acumulados no sop das encostas, pela ao da gravidade. O autor afirma que a ocorrncia

comum de linhas de seixo indica que os colvios so mais freqentes do que se pensa.

2.2.2 Origem de colvios

Os solos coluvionares podem se originar em encostas de formaes geolgicas diversas,

em diferentes locais do Brasil como nos Estados de So Paulo, Rio de Janeiro e Rio Grande do

Sul. Sua ocorrncia nas encostas das serras brasileiras est associada existncia de horizontes de

solo residual e blocos de rocha originrios de um macio rochoso fraturado. Partculas de solo,

rochas e blocos de rocha s e alterada so transportados por ao da gravidade e da eroso. Esses

materiais se depositam na base e ao longo das encostas dessas serras. A percolao de gua dentro

de camadas de solo coluvionar e sua deposio no seu interior completam a sua caracterizao

(Massad, 2003).



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A formao do solo coluvionar est associada com seu modo de ruptura. O movimento

lento, quase contnuo, da massa deste solo ao longo da encosta substitudo pelo movimento mais

acelerado aps perodos de chuvas intensas e tende a acelerar, quando a infiltrao de gua no

interior desses taludes causa aumentos significativos de poropresso. Esses movimentos so

responsveis pela acomodao das camadas de solo coluvionar na encosta; entretanto, quando

rompido o equilbrio, o movimento rpido constitui o modo de ruptura do talude. A Figura 2.2,

proposta por Deere e Patton (1971), ilustra o processo de formao desse tipo de solo, por vrios

escorregamentos que se sucederam ao longo do tempo.

Coluvio

N. A. Mx.

N. A. Mn.

Figura 2.2 Ilustrao do processo de formao de um colvio (Deere e Patton, 1971)

Segundo Deere e Patton (1971), a origem de muitos solos coluvionares parece ser de

rupturas de massas de solo que ocorreram em nveis superiores ao sop de um talude. Por isso, o

conceito de solo coluvionar abrange escorregamento de fragmentos de solo e rocha assim como

vrios depsitos de um talude. Segundo os autores, escorregamentos em camadas rasas de solos

coluvionares so comuns em regies de clima tropical e subtropical.

A camada de solo coluvionar freqentemente mais permevel do que os horizontes A e

B do solo residual existente abaixo. Portanto, comum se encontrar nessa camada nveis de gua

elevados e isolados. Esta gua ajuda a reduzir a resistncia ao cisalhamento dos materiais das

camadas inferiores e a formao de percolaes adversas no solo coluvionar. Durante perodos de



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chuvas intensas, as guas superficiais e subsuperficiais promovem a desagregao

retroprogressiva de camadas rasas de solos coluvionares. O processo pode continuar at que toda

a camada seja removida da encosta, ou at esse processo erosivo remover o solo que no retido

pelas razes da vegetao (Deere e Patton, 1971).

Conforme Massad (2003), solos situados acima do nvel fretico sofrem ainda a ao de

processos fsico-qumicos e biolgicos complexos, em regies de clima quente e mido, presente

em clima tropicais e subtropicais como o brasileiro. Esses processos compreendem a lixiviao

(carreamento pela gua) de slica e bases, e mesmo de argilominerais, das camadas mais altas para

as camadas mais profundas, deixando na superfcie um material rico em xidos hidratados de

ferro e alumnio.

Segundo Lacerda (2002), em vales fechados existem dois processos erosivos atuando

continua e intermitentemente, quase sempre associados aos perodos de chuva prolongada. O

primeiro processo a eroso superficial, ou laminar, em que a gua ao escorrer pela superfcie

carreia partculas de solos para cotas mais baixas. Uma parcela destas partculas atinge o talvegue,

e ali se acumula ou, se a chuva for de grande intensidade, carreada pela enxurrada at o rio mais

prximo, e vai se depositar como aluvio em locais de guas tranqilas, lagos ou mar. A outra

parcela permanece depositada na prpria encosta, e vai somar-se ao colvio pr-existente. Alguns

autores chamam o solo resultante desta deposio de "alvio". Este processo est ilustrado na

Figura 2.3.

Outro processo de instabilizao de colvios, mais violento, de acordo com Lacerda

(2002), ocorre quando uma poro do solo residual escorrega e se deposita sobre a prpria

encosta. Este novo acrscimo na capa de colvio, ao contrrio daquele que depositado

suavemente e que acrescenta apenas alguns centmetros camada superficial da encosta a cada

evento, pode acrescentar vrios metros de uma s vez aos depsitos de encosta. Esta massa pode

existir no estado desagregado, com aumento de volume do solo residual e conseqentemente

aumento do ndice de vazios, como est ilustrado na Figura 2.4. Esta massa pode apresentar

caractersticas do solo residual intacto, se este deslocou como um corpo rgido. Neste ltimo

processo a aparncia do colvio enganosa, e tem levado a alguns insucessos quando se trata de

fundaes de obras em encosta (Figura 2.5).



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Encosta rochosa fraturada

Talus

Figura 2.3 Material resultante de deposio

(alvio) (Lacerda, 2002)

Rocha

Escorreagamento em solo residual saproltico

Massa escorregadatotalmente desagregada

Figura 2.4 Poro de solo residual escorregado e depositado sobre

a prpria encosta (Lacerda, 2002)

Deposioparcial do

material erodido

Sulcos eravinas

Figura 2.5 Aparncia do colvio enganosa (Lacerda, 2002)

Nogami (1985) salienta que muitos solos tropicais so produtos diretos do intemperismo

qumico da rocha in situ (solos residuais) mas podem tambm ser originados do intemperismo

qumico de solos transportados, incluindo solos coluvionares. Solos tropicais formados por

intemperismo de rochas sedimentares consistem usualmente de misturas de argilo-minerais de

forma lamelar, particularmente caulinita e montmorilonita, e partculas granulares grosseiras no

degradveis, principalmente quartzo e de rocha vulcnica. Os solos tropicais mais comuns so os

solos laterticos, solos ricos em esmectitas, solos de cinza vulcnica, solos originados do

intemperismo de rochas sedimentares e solos saprolticos originados do intemperismo de rochas

de granulao grosseira, gneas e metamrficas. Pesquisas em solos tropicais esto concentradas

nas propriedades de resistncia ao cisalhamento de pico, compressibilidade e condutividade

hidrulica. Existem poucos dados disponveis sobre a resistncia ao cisalhamento residual. Uma



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possvel razo para isto que as pesquisas tm sido freqentemente direcionadas para o

comportamento de solos laterticos. Para estes solos, a mobilizao da resistncia ao cisalhamento

residual no um problema crtico. Entretanto, algumas classes de solos tropicais so conhecidas

por apresentarem uma proporo significativa de argilas expansivas (Blight, 1997; Fookes, 1997).

Segundo Bica et al (1997), solos com argilas expansivas apresentam valores baixos de ngulo de

atrito residual (fr), parmetro que controla a estabilidade de muitos taludes naturais.

Conforme Pinheiro (2000), muitos solos tropicais, particularmente solos residuais e alguns

solos coluvionares tm sido afetados por processos de laterizao em vrios graus. As condies

favorveis para este processo so o calor, a umidade e boas condies de drenagem. As principais

caractersticas dos solos laterticos so a cor vermelha, a presena de sesquixidos de ferro e

alumnio, a presena de agregados de argila, a ausncia de esmectita e a presena de algum

quartzo e caulinita, alm da baixa massa especfica aparente e elevada condutividade hidrulica.

2.2.3 Caractersticas dos escorregamentos de solos coluvionares

Quando h um escorregamento de massa, os solos localizados na superfcie de

cisalhamento principal ou nas superfcies secundrias, formadas durante o escorregamento,

perdem sua estrutura, se transformando em um material desagregado e perdendo suas

caractersticas de origem. Mas, na maioria das vezes, grande parte da massa escorregada

formada por blocos de variadas dimenses que mantm suas caractersticas originais. Sendo

assim, em um dado colvio, pode haver resqucios das caractersticas do solo residual que lhe deu

origem, o que influenciaria seus parmetros de resistncia ao cisalhamento.

De acordo com Lacerda (2002), a instabilizao ou o aumento dos movimentos de

fluncia de taludes coluvionares pode ocorrer de acordo com as situaes:

- Espontaneamente com lenol permanentemente elevado devido precipitao

contnua. Nesse caso as velocidades de fluncia aumentam, mas no h ruptura sbita, pois o solo

se deforma plasticamente;

- Escavaes, mesmo de pequena altura, feitas no p do talude;

- Carregamento na crista do talude;

- Por choque (Avelar, 1996 apud Lacerda, 2002) ou carregamento sbito devido a

novo escorregamento a montante.



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Segundo Borda Gomes (1996) apud Lacerda e Diniz (2001), quando no saturados, os

solos coluvionares no apresentam em geral problemas de estabilidade. Porm, quando saturados

e com a presena do lenol dgua, sofrem movimentao devida reduo da suco e ao

aparecimento de poropresses positivas ao longo da superfcie de escorregamento. Esta

movimentao cclica e sazonal, ou seja, pequena e lenta durante o perodo de seca e acentuada

durante o perodo de chuvas. A saturao do colvio ocorre atravs da infiltrao ao longo de toda

sua extenso superficial e atravs do fluxo de gua infiltrado no contato da escarpa, quando

existente, com o colvio e ainda por injees de gua sob presso no contato entre o colvio e

veios permeveis da rocha subjacente. Como a condutividade hidrulica do solo coluvionar em

geral alta, sua saturao ocorre com rapidez, fazendo com que, muitas vezes, no se tenha tempo

de tomar providncias para atenuar seus efeitos (Barata, 1969; Campos et al, 1992 e Lacerda,

1997).

Conforme Avelar (1996) apud Lacerda (2002), as lnguas coluvionares saturadas exibem

caractersticas tpicas de movimentao. Geralmente, elas vm se movimentando h muito tempo

e o movimento da massa coluvionar se faz como um todo sobre uma superfcie de cisalhamento,

nas condies de resistncia ao cisalhamento residual do solo desta superfcie. Lacerda (2002)

concluiu que, de acordo com as situaes citadas anteriormente, o que acontece na realidade a

reativao de um escorregamento pr-existente, com a superfcie de escorregamento situada na

fronteira entre o colvio e o solo residual. A interface solo residual e do colvio est quase sempre

na condio residual de resistncia ao cisalhamento do colvio, devido, s vezes, ao colvio estar

assente diretamente sobre a rocha, previamente denudada por um escorregamento pretrito do

solo residual primitivo.

Bressani e Bica (1998) analisaram os condicionamentos mecnicos de algumas rupturas

de taludes no Rio Grande do Sul incluindo vrios colvios. O colvio de Itati (colvio de basalto),

um exemplo de massa coluvionar de matriz argilosa em que a resistncia ao cisalhamento

residual foi mobilizada devido ao processo de formao do talude e magnitude das deformaes

decorrentes da sua prpria instabilidade. Estas condies se refletem na forma do talude original.

A geomorfologia resultado do tipo de deposio do solo, da ao do intemperismo, da

movimentao do talude e conseqente reduo de resistncia ao cisalhamento.

Nummer (2003) estudou um trecho da rodovia RS 230/486, Rota do Sol, situado entre os

municpios de Tainhas (RS) e Terra de Areia (RS). O trecho corta um pacote de rochas vulcnicas

cidas e bsicas da Formao Serra Geral, arenitos da Formao Botucatu e sedimentos



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cenozicos da Plancie Costeira. Um dos principais problemas geotcnicos da rodovia reside na

instabilizao de taludes em regio de rocha basltica. Nummer (2003) i

000444963

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