Avaliação de mecanismos de ruptura associados aos
escorregamentos da Prainha e Condomínio em Nova Friburgo,
Rio de Janeiro
Camyla Magarete Magalhães de Oliveira
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil,
[email protected]
Tácio Mauro Pereira de Campos
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
Hugo Portocarrero
Universidade Estadual do Rio de Janeiro/UERJ, Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
RESUMO: O objetivo deste trabalho foi avaliar os mecanismos de ruptura em solo residual não
saturado, nos locais da Comunidade da Prainha e Condomínio do Lago, em Nova Friburgo, após os
deslizamentos ocorridos do dia 11 para 12 de janeiro de 2011, evento conhecido como
Megadesastre’11 da Serra Fluminense. Para isso foram realizados ensaios de caracterização física,
química e mineralógica, ensaios de permeabilidade in situ e no laboratório e ensaios de porosimetria
de mercúrio. Para a determinação dos parâmetros de resistência foram realizado ensaios de
cisalhamento convencional em amostras indeformadas submersas. A partir destes resultados foram
realizadas análises numéricas de infiltração e estabilidade com a utilização dos programas
Vadose/W e Slope/W ambos do pacote GeoStudio 2007. Os resultados das análises mostraram que
as rupturas foram do tipo planar, ocorrendo na transição do solo maduro para o solo jovem para
ambos locais. No caso do Condomínio do Lago verificou-se que a ruptura foi iniciada na base do
talude, indicando um movimento de baixo para cima. Na Comunidade da Prainha a ruptura foi
iniciada no topo da encosta. Em ambos os casos, ruptura ocorreu em decorrência da infiltração das
águas de chuva.
PALAVRAS-CHAVE: Estabilidade de Taludes; Ensaios de Laboratório; Modelagem Numérica.
1
INTRODUÇÃO
Em janeiro de 2011 um grande número de
deslizamentos afetou a região serrana do estado
do Rio de Janeiro, abrangendo seis municípios,
com destaque para Nova Friburgo, Petrópolis e
Teresópolis. Este evento, que foi chamado
como Megadesastre ’11 da Serra Fluminense
pelo Serviço Geológico do Estado do Rio de
Janeiro (DRM-RJ), provocou aproximadamente
1000 óbitos e deixou aproximadamente 450
desaparecidos e mais de 20.000 desabrigados.
O número de pessoas afetadas e o fato de o
evento ter ocorrido de forma generalizada,
afetando áreas rurais e urbanas, com ou sem
vegetação original, torna-o importante objeto de
estudo, sendo indispensável quantificar a
precipitação que ocorreu nos dias que
antecederam os deslizamentos, assim como
determinar a capacidade do solo da região de
drenar esta água e a mudança nos parâmetros de
resistência do solo, para então determinar os
mecanismos de ruptura das encostas desta área.
Os condicionantes para este evento
envolveram a combinação de diferentes fatores,
sendo
estes
geológicos,
hidrológicos,
morfológicos, climáticos, uso e ocupação do
solo e de um fator deflagrador, que inclui a
chuva extrema que compreendeu os dias 11 e 12
de janeiro.
Um dos principais fatores de alteração dos
parâmetros de resistência dos solos residuais é a
redução da sucção ou poropressão negativa no
solo, sendo esta componente responsável pelo
aumento significativo da resistência do solo,
suficiente para manter a estabilização de taludes
naturais. A saturação do solo implica na
diminuição significativa desta componente,
consequentemente
desencadeando
muitos
processos de instabilização.
O presente trabalho teve como objetivo
avaliar os mecanismos que levaram à ruptura
em solo residual de rochas metamórficas e
ígneas não saturadas nos locais denominados de
Prainha e Condomínio em Nova Friburgo, Rio
de Janeiro nos dias 11 e 12 de janeiro de 2011
no evento conhecido como Megadesastre ’11 da
Serra Fluminense. Foram realizados ensaios de
caracterização geotécnica física, química e
mineralógica nos diferentes materiais estudados
e ensaios de cisalhamento direto convencional
para a determinação dos parâmetros de
resistência saturada dos solos da região, bem
como ensaios de permeabilidade e de papel
filtro para determinar suas propriedades
hidráulicas.
Também
foram
realizadas
modelagens numéricas para análise de
estabilidade para a determinação dos
mecanismos de ruptura dos taludes em estudo,
sendo realizadas com o auxílio do pacote
GeoStudio 2007.
2
MATERIAIS E MÉTODOS
2.1
Área de Estudo
O local de estudo deste trabalho está situado no
município de Nova Friburgo, sendo os locais
escolhidos para a retirada das amostras
denominados Condomínio do Lago e
comunidade da Prainha, no distrito de
Conquista.
Estes
locais
estão
a,
aproximadamente, 18km do centro de Nova
Friburgo, na confluência das rodovias BR-492 e
RJ-130.
O Condomínio do Lago foi construído numa
área plana, após a execução de um corte num
maciço terroso de relevo suave e ondulado,
típico desta região. A Figura 1 mostra detalhes
deste local.
Relatos de moradores indicam que os
deslizamentos ocorreram a partir de 1h do dia
12 de janeiro, quando a chuva moderada que
havia iniciado às 18h do dia anterior se
intensificou. No caso do Condomínio do Lago,
além dos deslizamentos, ocorreu também uma
inundação causada por um deslizamento
localizado no corte realizado na estrada próxima
ao Rio Grande, causando a elevação do nível de
água, criando desta maneira um quadro caótico
e não permitindo a evacuação dos moradores.
Figura 1 - Sobrevoo de helicóptero no Condomínio do
Lago em 15/01/2011. Autor: Nelson Fernandes.
A Comunidade da Prainha é situada na base
de um dos anfiteatros que caracterizam as
concavidades dos taludes suaves e ondulados da
região. Sabe-se a partir de relatos de moradores
que os primeiros deslizamentos iniciaram pelas
laterais do talude, fazendo com que alguns
moradores deixassem suas casas. Por volta das
4h da manhã, a chuva passou à extrema, e foi
quando ocorreu o deslizamento de maior
volume que atingiu diretamente as casas e que,
ao chegar à base do anfiteatro, gerou uma
corrida com velocidade da ordem de 150 km/h.
O relato de um dos sobreviventes diz que a
massa de solo deslizado se assemelhava a um
mingau e que o transportou por cerca de 500m
até ele ser resgatado (Correia, 2011). Os
detalhes deste local podem ser visualizados na
Figura 2.
Figura 2 - Sobrevoo de helicóptero na Prainha,
28/01/2011, autor: Débora Toci.
Tanto a Comunidade da Prainha quanto o
Condomínio do Lago a foram bastante afetados
com os deslizamentos ocorridos em 12 de
janeiro de 2011, como mostra a Figura 3-a e b
respectivamente, sendo contabilizada no
Condomínio a destruição de 18 residências,
danificação de 23 e 16 óbitos, e na Prainha a
destruição de 20 residências e 15 óbitos.
arredondado, com morros e colinas com
amplitude topográfica variando de 1.000 a
1.190 metros, havendo a predominância de
encostas com morfologia côncava. A encosta do
Condomínio de Lago possui 70m de altura e 60°
de inclinação e a encosta na comunidade da
Prainha possui 60m de altura e inclinação de
60°.
Antes dos deslizamentos ocorridos em
janeiro de 2011, a encosta do Condomínio e da
Prainha
apresentavam
uma
vegetação
secundária densa. A Figura 4 e a Figura 5
mostram o aspecto da área antes (a), dias (b) e
meses após o evento (c). É possível observar
que logo após os deslizamentos, apenas uma
pequena parte da vegetação foi preservada, e
que aos poucos está voltando a como se
apresentava anteriormente. No caso do
Condomínio, decorridos sete dias após o
evento, o local ainda se encontrava com uma
grande área alagada.
(a)
(a)
(b)
Figura 3 - Danos causados pelos deslizamentos. (a)
Comunidade da Prainha e (b) Condomínio do Lago.
Na região que envolve a Prainha e o
Condomínio foram observados três litotipos:
hornblenda-biotita gnaisse, biotita leucognaisse
e granito, podendo todos serem englobados pela
classificação
“granitóide”,
apresentando
pequena variação na composição mineralógica e
alguma variação na estrutura e na textura
(Correia, 2011).
A área é caracterizada por relevo com o topo
(b)
(c)
Figura 4 - Imagens do Condomínio do Lago retiradas do
Google Earth antes, dias após e meses após o desastre: (a)
25 de maio de 2010, (b) Imagem do dia 19/01/2011 e (c)
Imagem do dia 06/05/2011.
Prainha
(F.01 e F.03)
CONDOMÍNIO (F.02 e F.04)
(a)
Figura 6 - Localização dos pontos de amostragem
(Google Earth).
A Figura 7 mostra o aspecto geral de cada
amostra coletada.
(b)
(a)
(c)
Figura 5 - Imagens da Comunidade da Prainha retiradas
do Google Earth antes, dias após e meses após o desastre:
(a) 25 de maio de 2010, (b) Imagem do dia 19/01/2011 e
(c) Imagem do dia 06/05/2011.
2.2
(b)
Amostragem
Para a retirada das amostras amolgadas e
indeformadas, foram abertas trincheiras, tendo
cuidado de retirar todas as impurezas que
poderiam contaminar as amostras.
Para a realização das análises deste trabalho
foram escolhidos quatro solos representativos
da área para serem analisados em campo e em
laboratório. Os locais de amostragem são
mostrados na Figura 6.
(c)
(d)
Figura 7 - Detalhes da amostra (a) F.01, (b) F.02, (c) F.03
e (d) F.04.
A partir da análise morfológica das amostras
coletadas foi possível verificar que no local da
coleta das amostras, a rocha de origem é um
granito. E foi possível observar que em todas as
amostras os grãos de quartzo são angulares e a
mica biotita e feldspatos quando presentes
mostram um elevado grau de alteração.
3
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
Para obter as propriedades dos materiais
utilizados nestas análises foram realizados
ensaios de caracterização física, química e
mineralógica, ensaios de permeabilidade in situ
e no laboratório e ensaios de porosimetria de
mercúrio. Para a determinação dos parâmetros
de resistência foram realizado ensaios de
cisalhamento convencional em amostras
indeformadas submersas. A Tabela 1 mostra um
resumo dos resultados de permeabilidade
utilizados.
Tabela 1 - Permeabilidades utilizadas nas análises.
Solo
K sat (cm/s)
K sat (m/dia)
F.01
2,08E-04
1,79E-01
F.02
1,17E-04
1,01E-01
F.03
1,97E-04
1,70E-01
F.04
1,99E-04
1,72E-01
A obtenção dos parâmetros de resistência das
amostras ocorreu por meio de ensaios de
cisalhamento direto convencional em amostras
indeformadas submersas.
Os ensaios executados foram drenados,
acontecendo em duas etapas: adensamento e
cisalhamento. Todos os corpos de prova foram
cisalhados com velocidades de deslocamento
constantes e iguais a 0,0612 mm/min, sendo
imposto o deslocamento de aproximadamente
15mm. Para cada um quatro solos foram
moldados, no mínimo, seis corpos de prova. Em
todos foram repetidas as mesmas sequências de
tensões normais: 25 kPa, 50 kPa e 100 kPa. Da
Tabela 2 a Tabela 6 são apresentam os índices
físicos dos corpos de prova ensaiados, com a
tensão normal aplicada (σN) sendo expressa em
kPa e os pesos específicos (γn e γd) também
expressos em kN/m³.
Tabela 2 - Índices físicos iniciais do solo F.01.
Índices Físicos Iniciais
Ensaio
σN
w (%) e S (%)
γn
γd
F.01_1
25
13,9
11,6
19,8
1,2
39,4
F.01_2
50
14,3
12,1
18,2
1,1
41,6
F.01_3
100
13,9
11,5
20,9
1,2
42,9
Tabela 3 - Índices físicos iniciais do solo F.02.
Índices Físicos Iniciais
Ensaio
σN
w (%) e S (%)
γn
γd
F.02_1
25
12,6
10,6
18,8 1,4 33,5
F.02_2
50
15,2
12,8
18,8 1,0 46,8
F.02_3 100 17,6
15,5
13,1 0,7 49,1
Tabela 4 - Índices físicos iniciais do solo F.03.
Índices Físicos Iniciais
Ensaio
σN
w (%)
e
γn
γd
S (%)
F.03_1
25
15,1
13,0
16,0
1,0
41,6
F.03_2
F.03_3
50
100
14,7
17,8
15,3
14,5
19,4
22,2
0,7
0,8
68,3
72,1
Tabela 5 - Índices físicos iniciais do solo F.04.
Índices Físicos Iniciais
Ensaio
σN
w (%) e
γn
γd
S (%)
F.04_1
25
17,3
14,6
18,9
0,8
59,8
F.04_2
F.04_3
50
100
17,5
18,2
14,5
15,5
20,4
17,3
0,8
0,7
65,2
64,9
Tabela 6 - Índices físicos finais dos solos estudados.
Final
Final
Ensaio
Ensaio
wfinal (%)
wfinal (%)
F.01_1
39,7
F.02_1
30,64
F.01_2
43,2
F.02_2
32,64
F.01_3
29,9
F.02_3
29,94
F.03_1
F.03_2
35,42
32,47
F.04_1
F.04_2
31,21
71,86
F.03_3
31,63
F.04_3
25,01
Através dos ensaios de porosimetria de
mercúrio foi possível observar que as amostras
correspondentes aos solos do F.01, F.02 e F.03
apresentam dois picos bem definidos, indicando
a ocorrência de uma distribuição de poros
bimodal nesses solos. No solo F.02 o pico
principal corresponde aos micro-poros, já no
solo F.03, o pico principal corresponde aos
macro-poros. O solo F.01 possui os picos
referentes ao micro e macro-poros bem
equilibrados. No solo F.04 apresenta apenas um
pico bem definido, indicando que este solo
possui uma distribuição dos poros unimodal. A
Figura 8 apresenta os resultados obtidos.
Figura 9 - Envoltórias obtidas a partir dos ensaios de
cisalhamento direto.
Figura 8 - Resultados dos Ensaios de porosimetria de
mercúrio.
A análise química de perda ao fogo mostrou
que o solo F.01 apresenta maior grau de
intemperismo devido ao maior índice obtido
com este ensaio (L.O.I), seguido do solo F.02.
O solo F.04 foi o que apresentou menor índice
de perda ao fogo. Os resultados são mostrados
na Tabela 7.
Observando a Figura 9, foi possível
considerar estes solos como constituintes de um
único material em termos de resistência. As
envoltórias e os parâmetros de resistência
obtidos e utilizados são apresentados na Figura
10 e foram de 2,66kPa de coesão efetiva e
26,04° de ângulo de atrito para os solos F.01 e
F.02 e de 0kPa de coesão efetiva e 36,72° de
ângulo de atrito para os solos F.03 e F.04.
Tabela 7 - Resultados dos ensaios de perda ao fogo.
Amostra L.O.I. (%)
F.01
13,62
F.02
8,42
F.03
7,58
F.04
6,45
Analisando as curvas de tensão –
deslocamento obtidas com os ensaios de
resistência, observou-se que a resistência do
solo aumentou com o deslocamento horizontal,
porém não apresentou uma definição de pico.
Então, para definir uniformemente as tensões de
ruptura para cada caso analisado, usou-se a
metodologia sugerida por de Campos e Carrillo
(1995) para verificar se o solo havia rompido.
Isto é, verificou-se quando a curva tensãodeslocamento (τ/δh) atingia pela primeira vez
uma inclinação constante. A Figura 9 mostra as
envoltórias dos solos analisados.
Figura 10 - Envoltórias obtidas a partir da junção dos
resultados dos ensaios de cisalhamento direto.
4
RESULTADOS E CONCLUSÕES
As análises estabilidade apresentadas neste
trabalho foram realizadas com o auxílio dos
programas GeoSlope/W, contido no pacote
GEOSTUDIO versão 2007. Foram realizadas
análises de infiltração para serem acopladas nas
análises de estabilidades apresentadas, porém
estas análises de infiltração não foram dadas
enfoque neste trabalho.
4.1
Geometria do Problema
Para fazer as análises, primeiramente foi
necessário fazer a reconstrução do terreno. Para
isso foi calculada a área da cicatriz e a área
afetada, com o auxílio do programa AutoCad.
Então, multiplicou-se a área afetada pela
espessura do material deslizado, obtida a partir
dos resultados das sondagens. Com o volume
do material deslizado e a área da cicatriz,
dividiu-se um pelo outro a fim de se obter a
espessura de material a ser adicionado na
modelagem do terreno. Sendo estas espessuras
de 1,2m para a Prainha e 3m para o
Condomínio.
A geometria de cada talude analisado foi
obtida a partir do modelo tridimensional obtido
com o auxílio do programa RockWorks 15,
gerado a partir das sondagens realizadas na área
de estudo, compreendendo o período de
setembro a outubro de 2012, sendo verificada a
elevação máxima de 1117,6 metros e mínima de
1017,5 metros.
Para a realização das análises foram
utilizadas as seções transversais passantes pelo
meio dos taludes da Prainha e do Condomínio
por serem mais representativas da área.
Os resultados das análises de estabilidade
são mostrados na Figura 11 e na Figura 12,
sendo que as figuras de índices a correspondem
as análises antes do evento e b para o dia do
evento. Os fatores de segurança encontrados nas
análises antes do evento foram de 1,111 e 1,144
para a Prainha e para o Condomínio
respectivamente. Para o dia do evento foi
encontrado o fator de segurança de 0,981, para a
Prainha, e 1,07 para o Condomínio.
(a)
(b)
Figura 11 - Análise de Estabilidade para o talude da
Prainha, sendo (a) para antes do evento e (b) para o dia
do evento.
(a)
(b)
Figura 12 - Análise de Estabilidade para o talude do
Condomínio, sendo (a) para antes do evento e (b) para o
dia do evento.
A partir dos resultados da análise de
estabilidade foi possível verificar que a ruptura
tanto no caso da Prainha, quanto do
Condomínio, o mecanismo de ruptura
observado nas análises de estabilidade foi
planar e ocorreu na transição do solo maduro
para o solo jovem na profundidade em relação
ao topo do terreno na qual houve perda de
sucção nas análises de infiltração. No
Condomínio essa ruptura ocorreu na base do
talude, indicando um movimento de baixo para
cima, e na Prainha, no topo. Estes resultados já
haviam sido indicados por Lago et al., 2011 e
Correia et al., 2011, sendo apontados que as
chuvas extremas com a colaboração das
concavidades presentes nas encostas estudadas,
teriam sido suficientes para provocar a elevação
da poropressão nas encostas da Prainha e do
Condomínio,
e
consequentemente,
os
deslizamentos.
AGRADECIMENTOS
O presente trabalho foi desenvolvido como
parte do Projeto PRONEX. Os autores
agradecem o apoio dado pela FAPERJ, CNPq, e
CAPES.
REFERÊNCIAS
BORJA, R. I., WHITE, J. A., LIU, X., WU, W., Factor
of Safety in a partially saturated slope inferred from
hydro-mechanical
continuum
modeling.
In:
International Jounal for Numerical and Analytical
Methods in Geomechanics, pp. 236-248, 2012.
CORREIA, S. A. L., O Deslizamento da Prainha, Nova
Friburgo (RJ): Particularidades Dentro do Contexto
do Megadesastre ’11 da Serra Fluminense,
Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de
Janeiro, 2011.
CORREIA, S. A. L.; AMARAL, C. P.; SILVA, M. C. L.;
DE CAMPOS, T. M. P.; PORTOCARRERO, H., O
deslizamento da Prainha, em Nova Friburgo (RJ):
Particularidades
dentro
do
contexto
do
Megadesastre’11 da Serra Fluminense. In: 12°
Simpósio de Geologia do Sudeste. Anais 12°
Simpósio de Geologia do Sudeste. Nova Friburgo, RJ,
2011.
FENN, D. G., K. J. Hanley, and T. V. DeGeare, Use of
the Water Balance Method for Predicting Leachate
Generation from Solid Waste Disposal Sites. U.S.
Environmental Protection Agency. EPA/530/SW-168,
October, 1975.
FERNANDES, N. F.; Amaral, C. P., Movimentos de
massa: uma abordagem geológicogeomorfológica. In
Guerra, A.J.T. e Cunha, S.B. (org.) Geomorfologia e
Meio Ambiente. Bertrand, Rio de Janeiro, pp. 123 –
194, 1996.
GEO-STUDIO. Vadose zone modeling with VADOSE/W
2007. GEO-SLOPE International Ltd. Third Edition,
2008.
LAGO, L. N., Megadesastre ’11 Condicionantes
Geológicas e Geomorfológicas do Escorregamento
do Condomínio do Lago Nova Friburgo (RJ),
Monografia, Departamento de Geologia, Universidade
do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2011.
LAGO, L. N.; AMARAL, C. P.; LIMA, F. P.; DE
CAMPO, L. E. P.; SILVA, L. E.; DOURADO, F., O
deslizamento do Condomínio do Lago, em Nova
Friburgo – Análise dos condicionantes geológicos e
geomorfológicos. In: 12° Simpósio de Geologia do
Sudeste. Anais 12° Simpósio de Geologia do Sudeste.
Nova Friburgo, RJ, 2011.
RICHARDS, L. A., Capillary conduction of liquids
through porous mediums, Physics. Vol 1, p. 318-333,
1931.
VAN GENUCHTEN, M. T. H., A closed form equation
predicting the hydraulic conductivity of unsaturated
soils. In: Soil Science Society of American Journal, v.
44, n. 5, p. 892-898, 1980.
VAN GENUCHTEN, M. T., LEIJ, F. J. AND YATES, S.
R., The RECT code for quantifying the hydraulic
functions of unsaturated soils. U. S. Department of
Agriculture, Agricultural Research Service, Report
IAG-DW12933934, Riverside, CA, 1991.
VELLOSO, R. Q. Comunicação pessoal. 2013.
WILSON, G. W., Soil Evaporative Fluxes for
Geotechnical Engineering Problems. Tese de
Doutorado, Departament of Civil Engineering,
University of Saskatchewan, Saskatoon, Canada,
1990, 457p.