COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. © 2010 ABMS.
Estudo da Resistência Mecânica de Solos da Formação Barreiras
Maceió-AL
Ivânia Silva de Lima
Universidade Federal de Alagoas, Maceió, Brasil, ivania@ lccv.ufal.br
Heliene Ferreira da Silva
Universidade Federal de Alagoas, Maceió, Brasil, [email protected]
Viviane Carilho Leão Ramos
Universidade Federal de Alagoas, Maceió, Brasil, [email protected]
Marcílio Fabiano Goivinho da Silva
Universidade Federal de Alagoas, Maceió, Brasil, [email protected]
João Manoel Mathias Sampaio dos Santos Filho
Universidade Federal de Alagoas, Maceió, Brasil, [email protected]
Thaise da Silva Oliveira Morais
Universidade Federal de Alagoas, Maceió, Brasil, [email protected]
RESUMO: A cidade de Maceió está assentada sobre terrenos sedimentares pertencentes à Bacia
Sedimentar de Alagoas. Estudar os solos da Formação Barreiras se justifica na abundância de sua
ocorrência e importância como unidade geológica predominante nesta cidade. Litologicamente é
composta por sedimentos clásticos de origem continental, idade Plio-Pleistocênica (TerciárioQuaternário), inconsolidados a pouco consolidados, de cor amarelo-avermelhados e constituídos
por sedimentos de natureza arenácia a argilosa e siltosa. A motivação deste trabalho se integra à
outras contribuições realizadas nos estudos da resistência mecânica de solos de Maceió. Neste
trabalho são apresentados um estudo das características de resistência desta Formação e as
propriedades geotécnicas dos solos da Formação Barreiras. Foram realizados ensaios de
caracterização física e para avaliação da resistência mecânica, ensaios de cisalhamento direto de
amostras indeformadas correlacionando com a variação do teor de umidade. Os resultados
apresentaram-se dentro de uma faixa de variação de ângulo de atrito e coesão encontrados na
literatura com relação a Formação Bareiras em Maceió.
PALAVRAS-CHAVE: Resistência mecânica, Formação Barreiras, Cisalhamento direto.
1
Formação constitui-se por intercalações de
espessuras diversas de sedimentos arenosos,
argilosos e siltosos, que combinados a um
processo de ocupação desordenado, ao longo de
suas vertentes, topos e vales, torna-se uma
unidade com maior vulnerabilidade a problemas
relacionados a estabilidades de encostas e/ou
taludes.
A infiltração da água no solo constitui-se
como um dos principais cusadores
de
instabilidade de taludes em épocas chuvosas,
pois, a resistência é maior quanto mais seco
estiver o solo, conforme a figura abaixo, à
INTRODUÇÃO
A resistência mecânica de um solo pode ser
interpretada segundo os parâmetros de
deformação e de resistência. Esta resistência é
básica para resolução dos problemas práticos da
engenharia geotécnica, dentre os usuais,
destacam-se a estabilidade de taludes, a
capacidade de carga de fundações e os empuxos
de terra sobre estruturas de contenção.
Em Maceió são freqüentes as ocorrências de
deslizamentos,
principalmente
onde
predominam solos da Formação Barreiras. Esta
1
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1992; Feijó, 1994 apud Marques 2006)
Redefiniram a estratigrafia da Bacia sedimentar
Sergipe-Alagoas, individualizando-as em duas
Bacias distintas: a Bacia de Alagoas e a Bacia
de Sergipe, considerando o pacote sedimentar
Terciário da Bacia de Alagoas como Formação
Barreiras.
A Formação Barreiras, representa os eventos
deposicionais Plio-Pleistocênico, como parte
fenomenológica, da evolução tectônicosedimentar tardia da Bacia Sergipe – Alagoas.
Localmente esta Formação é referida
morfologicamente como TABULEIROS. Os
Tabuleiros se distribuem de forma limítrofe e
adjacente, às planícies costeira e lagunar, em
Maceió. Os tabuleiros apresentam sedimentos
clásticos arenosos com intercalações de argilas
e siltes de colorações variadas. Estes
sedimentos tendem
a gerar
uma maior
suscetibilidade erosiva e aos deslizamentos.
O mapa geológico-geomorfológico da cidade
de Maceió é apresentado na Figura 2.
medida que ocorre infiltração de água, tensão
de sucção (devido aos meniscos capilares nas
interfaces água-ar) diminui (PENHA, 1999).
Figura 1. Variação da coesão em função da saturação
(PENHA, 1999).
Este trabalho avaliar a resistência de um
solo, mediante realização de ensaios de
cisalhamento direto com a variação da umidade.
Este estudo apresenta duas partes principais:
uma revisão bibliográfica dos parâmetros de
resistência de solos da Formação Barreiras e a
análise da resistêcia mecânica de um solo desta
Formação através do ensaio de cislhamento
direto.
Neste contexto, este estudo visa contribuir
para compreensão do comportamento mecânico
de solos, quando há variação da umidade, da
referida unidade geológica.
2
GELOGIA - GEOTECNIA
2.1
Geologia de Maceió
Na cidade de Maceió, a unidade estratigráfica
predominante é a Formação Barreiras. Esta está
delimitada pela planície flúvio-lagunar e a
planície flúvio-marinha. As encostas interligam
os interflúvios tabuliformes às duas planícies. A
planície flúviomarinha integra os terraços
marinhos holocênico e pleistocênico.
Recentemente, Feijó (1994 apud Marques
2006), observando diferenças importantes em
seu caráter estrutural e estratigráfico, afirmando
que o embasamento da Bacia de Alagoas é
constituído
de
granitos
e
gnaisses
proterozóicos. (Feijó & Vieira, 1990; Feijó,
Figura 2 . Mapa geológico-geomorfológico de Maceió –
AL (SANTOS, 1998).
2.2 Dados
Sobre
Resistência
Ao
Cisalhamento De Solos Da Formação Barreiras
- Revisão
2
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ação da água na diminuição da resistência do
solo.
Sendo a coesão a parcela preponderante para
esta diminuição, pois em alguns caso o ângulo
de atrito aumenta, embora pouco, na condição
inundada.
Estudos sobre a resistência dos solos da
Formação Barreiras tem sido publicados,
valores referentes aos parâmetros de resistência,
coesão e ângulo de atrito, encontrados nos
solos da Formação Barreiras tanto maceió
quanto em outras cidades do nordeste.
MARQUES (2006) analisou um perfil
situado no Campus da Universidade Federal de
Alagoas, em praticamente todos os ensaios
inundados o solo perdeu a coesão que
apresentou nos ensaios na umidade natural. O
ângulo de atrito praticamente não variou para as
amostras.
3
METODOLOGIA
Neste trabalho foram realizados ensaios no
Laboratório de Geotecnia do Centro de
Tecnologia da Universidade Federal de Alagoas
e são aqui apresentados.
A coleta das amostras deformada e
indeformada do solo utilizada neste trabalho são
de uma área destinada à construção do Centro
de Tratamento de Resíduos localizado no Bairro
do Benedito Bentes na Cidade de Maceió. As
amostras
foram
coletadas
entre
as
profundidades de 0,80 m e 1,20 m no topo de
uma encosta em poço de investigação de acordo
com a NBR 9604/86 da ABNT.
Com as amostras deformadas foram
realizados ensaios de caracterização física,
granulometria e limites de consistência, de
acordo com a metodologia da Associação
Brasileira de Normas Técnicas: NBR 6467/86
(Preparação de Amostras), NBR 7181/84
(Análise granulométrica), NBR 6508/84 (Massa
Específica dos Grãos dos Solos), NBR 6459/84
(Limite de Liquidez), NBR 7180/84 (Limite de
Plasticidade). O agente defloculante utilizado
foi o hexametafosfato de sódio.
A partir do bloco da amostra indeformada
foram realizados os ensaios de cisalhamento
direto com corpos de prova retangulares com
dimensões de 51 x 51 mm, tomando-se cuidado
ao colocar na prensa para evita danos ao corpo
de prova.
Os ensaios foram realizados em um prensa
automatizada (Foto 1), controlado por software,
munido de célula de carga, LVDT (Linearly
variable different transformer) horizontal e
LVDT vertical. A velocidade de carregamento
adotada foi de 0,23 mm / min. Foram ensaiados
3 corpos de prova com tensões verticais de 50
kPa, 100 kPa e 150 kPa, na condição de
umidades natural e saturada, com o objetivo de
Tabela 1. Parâmetros de Resistência (modificado
MARQUES, 2006)
Prof. (m)
Natural
Saturada
c (KPa)
c (KPa)
φ(o)
φ(o)
1,10-1,40
31,2
9,76
31,9
0
3,10-3,40
27,2
15,75
30,0
0
5,10-5,40
31,6
17,18
31,8
0
7,20-7,50
32,7
7,25
34,9
0
8,40-8,70
36,1
21,65
27,9
1,64
Como pode-se observar o ângulo de atrito
para amostra na umidade natural varia de 27,2 a
36,1°e a coesão de 7,25 a 21,65 KPa. Para
situação de saturação o ângulo de atrito de
27,9° a 34,9° e a coesão de 0 a 1,64 KPa.
SOUZA (2007) analisa um encosta em
Maceió e a variação do ângulo de atrito do
estado natural para inundade é de 21,1° para
18,8° e da coesão de 42,9 KPa para 30,3 KPa.
SANTANA (2006) observa em solos da
Formação Barreiras de Pernambuco e Alagoas
que o IP variou geralmente entre 7 a 20 e os
parâmetros de resistência na condição inundada
variam geralmente entre 0 a 13kPa (c) e 20º a
36º (φ) e na condição natural variam geralmente
entre 7 a 56kPa (c) e 31º a 45º (φ).
SEVERO (et al 2006) apresenta valores de
coesão, do Rio Grande do Norte, elevados com
relação aos apresentados anteriormente. Em
condições naturais a coesão varia de 233 KPa a
396,6 KPa e inundada de 45,4 KPa a 109,7
KPa e para o ângulo de atrito , respectivamente
27,7° a 48,3° e 26,8° a 29,6°.
Em praticamente todos os ensaios citados a
tensão normal aplicada é de 50 a 200 KPa.
Como se trata de perfies diferentes desta
Formação não pode-se esperar uma semelhança
nos valores numéricos contudo fica evidente a
3
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Limite de Liquidez - LL
Limite de Plasticidade - LP
Ìndice de Plasticidade - IP
determinar os parâmetros de resistência do solo,
ângulo de atrito (φ) e coesão (c).
18,7%
24,7%
8
Quanto
ao
comportamento
tensão
deformação são apresentados nos gráficos 2 e
3, pode-se observar que para os níveis de carga
o solo não apresentou resistência de pico, tanto
para a amostra natural quanto para inundada.
Foto 1. Prensa de cisalhamento direto.
4
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Através de uma análise visual pode-se observar
que o solo estudado apresenta concreções
(laterítas) de cor avermelhada. Com curva
granulométrica (Gráfico 1) obtida através dos
ensaios de peneiramento e sedimentação podese classificar a amostra. Sendo, segundo o
Sistema de Classificação Unificada de Solos
(SUCS), uma argila arenosa, recebendo a
denominação CL.
Gráfico 2. Curva Tensão x deformação amostra natural.
Gráfico 3. Curva Tensão x deformação amostra
inundada.
Gráfico 1. Curva
defloculante.
Granulométrica
com
uso
Os gráficos 4 e 5 apresentam as envoltórias de
resistência de Morh-Coulomb das amostras.
Com relação as envoltórias, observou-se que
em para o ensaio inundado, o solo perdeu a
coesão que apresentou nos ensaios na umidade
natural. Por outro lado, o ângulo de atrito
aumentou.
A
coesão
decresceu
consideravelmente, 22% do valor natural e o
ângulo de atrito aumenta cerca de 7 % .
de
A tabela 1 apresenta as propriedades físicas do
solo estudado.
Tabela 2. Propriedades Físicas do Solo.
Propriedades do solo
Massa Específica dos grãos- γg
26,6 kN/cm³
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Gráfico 6. Envoltório das tensões das amostras.
Em termos gerais os resultados aqui
apresentados encontram-se condizentes com os
valores encontarados na literatura, onde há uma
diminuição da coesão com água. Se
compararmos
com
os
valores
de
MARQUES(200 6) percebe-se que a variação
coesão na umidade natural de 7,25 a 21,65 KPa
e para situação de saturação de 0 a 1,64 KPa.
Para o ângulo de atrito apresentou um aumento
também como apresentado no item 2.2 para
algumas amostras de outros trabalhos.
Gráfico 4. Envoltória de resistência amostra natural.
5
Obervou-se que os solos apresentam
comportamento de resistência ao cisalhamento
diferenciado em função da umidade, neste
trabalho e nos apresentados. O aumento no teor
de umidade causa redução na coesão, causada
pela decréscimo da cimentação, enquanto que
no ângulo de atrito há pouco variação.
Logo evidênciam a importância da parcela
da coesão na resistência ao cisalhamento do
solo que é influenciada, significativamente, pela
variação do teor de umidade.
Gráfico 5. Envoltória de resistência amostra inundada.
Através da envoltória de resistência
obtiveram-se os valores dos parâmetros de
resistência apresentados na Tabela 3.
Tabela 3. Parâmetros de resistência.
Umidade (%)
φ(o)
Natural
39,3
Saturado
42,3
CONCLUSÕES
c (KPa)
25,3
5,8
Como
apresentado na seção 2.2
os
parâmetros encontrados nos ensaios seguem as
mesmos comportamentos, ou seja, uma
diminuição da coesão, pouca variação do
ângulo de atrito ou aumento deste , mesmo que
pouco.
O gráfico 6 apresenta as envoltórias de
tensões das amostras juntos.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Laboratório de
Geotecnia – UFAL e ao CNPQ pelo apoio
financeiro.
REFERÊNCIAS
5
COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. © 2010 ABMS.
Bezerra, A. C. S. (2007) Caracterização GeológicaGeotécnica De Pérfis Da Formação Barreiras Em
Macei. Trabalho de Conclusão de Curso, Colegiado
do Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal
de Alagoas, p 3-6.
Goivinho, M. F. G. (2009) Análise do Comportamento
Mecânico de Solo Reforçado com Fibras de
Polipropileno. Trabalho de Conclusão de Curso,
Colegiado do Curso de Engenharia Civil,
Universidade Federal de Alagoas, p 22-24, p 83-85.
Lima , A. F. (2002) Comportamento Geomecânico E
Análise De Estabilidade De Uma Encosta Da
Formação Barreiras Na Área Metropolitana Da
Cidade Do Recife. Dissertação de Mestrado,
Departamento de Engenharia Civil, Universidade
Federal de Pernambuco, p127-134.
Lima, I. S. Silva, H.F. Ramos. V.C. L. Ferreira, A. C.
(2008) Discutindo os Assentamentos Precários ao
Longo da Formação Barreiras na Cidade de Maceió.
Anais 12º Congresso Brasileiro de Geologia de
Engenharia - CBGE.
Lima, I. S. Silva, H.F. Ramos. V.C. L. Ferreira, A. C.
(2009) Intervenções de Engenharia Indicadas no
Plano Municipal de Redução de Riscos a
Deslizamentos e Inundações do Município de Maceió
(AL). 5ª Conferência Brasileira de Estabilidade de
Encosta –COBRAE.
Marques, R.F. (2006). “Estudo da capacidade de carga
de estacas escavadas com bulbos, em solo não
saturado da Formação Barreiras da cidade de
Maceió - AL”. Dissertação de Mestrado, Universidade
Federal de Pernambuco, Recife/PE, p.64-73.
Martínez, G.S.S. (2003). Estudo do Comportamento
Mecânico de Solos Lateríticos da Formação
Barreiras. Tese de Doutorado, Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, Escola de
Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do
Sul. p-6, p-72.
Penha, M. J. A. Z. (1999) Algumas Considerações a
Respeito da Resistência ao Cisalhamento na Interface
Solo Argiloso – Geotêxtil Não-Tecido. Campinas,
Faculdade de Engenharia Civil, Universiade Estadual
de Campinas,. P 126-128.
Santana, R.
G. (2006) Análise de Soluções de
Engenharia para Estabilização de Encostas
Ocupadas na Região Metropolitana do Recife – PE.
Estudo de caso: Ruptura Ocorrida em Encosta com
Ocupação Desordenada na UR 2, Ibura. Dissertação
de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil,
Universidade Federal de Pernambuco, p. 127-141.
Santos, R. C. A. L. (1998). Estudo Sedimentológico e
Geoambiental no Sistema Lagunar Mundaú –
Alagoas. Dissertação (Mestrado), Universidade
Federal de Pernambuco, Recife/PE, p-127.
Severo, R. N. F. Freitas Neto, O. Santos Jr, O. F. (2006)
Propriedades Geotécnicas de Sedimentos da
Formação Barreirasno Litoral do Rio Grande do
Norte. Anais do XIII Congresso Brasileiro de
Mecânica dos Solos e Engenharia Geotecnica –IV
Simpósio Brasileiro de Mecânica das Rochas –
COBRAMSEG . Vol. 1. p. 1-6.
Silva, H.F. Ramos. V.C. L. Ferreira, A. C. (2008)
Considerações Geológicas-Geotécnicas Nas Zonas de
Alto Risco À Deslizamentos na Cidade de Maceió.
Anais 12º Congresso Brasileiro de Geologia de
Engenharia - CBGE.
Souza, H. K. (2007) Contribuição ao Estudo de
Estabilidade de Encosta na Cidade de Maceió.
Trabalho de Conclusão de Curso, Colegiado do
Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal de
Alagoas, p. 41-43.
6