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Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 1 NOTAS DE AULAS DE GEOTECNIA AMBIENTAL MAPEAMENTO GEOTÉCNICO 1º SEMESTRE DE 2013 PROFESSORES: RIDECI FARIAS HAROLDO PARANHOS BRASÍLIA / DF ABRIL / 2013 Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 2 SUMÁRIO 1.0. MAPEAMENTO GEOTÉCNICO................................................................................4 1.1. DIFERENÇA ENTRE MAPA, CARTA E PLANTA.........................................................4 1.1.1. Mapa.............................................................................................................................4 1.1.2. Carta .............................................................................................................................6 1.1.3. Planta............................................................................................................................6 2.0. PRINCÍPIOS .............................................................................................................7 2.1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................7 2.2. DEFINIÇÃO DE UM MAPA GEOTÉCNICO ...................................................................8 2.3. CLASSIFICAÇÃO DOS MAPAS GEOTÉCNICOS..........................................................8 2.3.1. De acordo com a finalidade .........................................................................................8 2.3.1.1. Finalidade especial ...............................................................................................8 2.3.1.2. Multifinalidade:....................................................................................................8 2.3.2. De acordo com o conteúdo...........................................................................................8 2.3.2.1. Mapas analíticos...................................................................................................8 2.3.2.2. Mapas sintéticos...................................................................................................8 2.3.2.3. Mapas auxiliares ..................................................................................................9 2.3.2.4. Mapas complementares........................................................................................9 2.3.3. De acordo com a escala................................................................................................9 2.3.3.1. Grande escala - 1:10.000 ou maior ......................................................................9 2.3.3.2. Média escala - entre 1:10.000 e 1:100.000 ..........................................................9 2.3.3.3. Pequena escala - 1:100.000 ou menor..................................................................9 2.4. PRINCÍPIOS DE CLASSIFICAÇÃO DE ROCHAS E SOLOS PARA MAPAS GEOTÉCNICOS..............................................................................................................................9 2.5. CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS..............................................................................10 2.6. CONDIÇÕES GEOMORFOLÓGICAS............................................................................10 2.7. AVALIAÇÃO DE FENÔMENO GEODINÂMICO.........................................................10 2.8. PRINCÍPIOS DO ZONEAMENTO GEOTÉCNICO........................................................11 2.9. PRINCÍPIOS GERAIS ......................................................................................................12 3.0. TÉCNICAS PARA AQUISIÇÃO E INTERPRETAÇÃO DE DADOS........................12 3.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................12 3.2. MÉTODOS GERAIS DE MAPEAMENTO GEOLÓGICO.............................................12 3.2.1. Preparação do mapa base topográfico........................................................................12 3.2.2. Aquisição das informações geológicas ......................................................................12 3.3. QUESITOS ESPECIAIS PARA O MAPEAMENTO GEOTÉCNICO ............................13 Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 3 3.3.1. Descrição geotécnica das rochas e solos....................................................................13 3.3.2. Mapeamento de rochas e solos para finalidade de engenharia ..................................13 3.3.3. Mapeamento das condições hidrogeológicas .............................................................13 3.3.4. Mapeamento do resultado dos processos geodinâmico .............................................14 3.4. TÉCNICAS ESPECIAIS PARA MAPEAMENTO GEOTÉCNICO................................14 3.4.1. Fotogeologia...............................................................................................................14 3.4.2. Métodos geofísicos ....................................................................................................14 3.4.2.1. Medidas de resistividades ..................................................................................14 3.4.2.2. Medidas sísmicas ...............................................................................................14 3.4.3. Sondagens e técnicas de amostragem ........................................................................14 3.4.4. Ensaios "in situ" e de laboratório ...............................................................................15 3.4.4.1. Ensaios de laboratório ........................................................................................15 3.4.4.2. Ensaios "in situ": ................................................................................................15 3.5. Análise e interpretação dos dados......................................................................................15 4.0.EXEMPLOS DE APLICAÇÕES DO MAPEAMENTO GEOTÉCNICO.....................16 LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 – Mapa Mundi (Fonte: IBGE). ...........................................................................................5 Figura 1.2 – Mapa Político do Brasil (Fonte: IBGE)...........................................................................5 Figura 1.3 – Carta Cadastral mostrando a Encruzilhada das ruas Uruguai e Barão de Mesquita (cidade do Rio de Janeiro), Escala 1:5.000. Notar os detalhes, inclusive os trilhos de bonde, quando este tipo de transporte era usado, até a década de 50...........................................................................6 Figura 1.4 – Planta residencial. ............................................................................................................7 Figura 4.1 – Mapa Geológico-Geotécnico dos arredores da BR-101 / RJ.........................................16 Figura 4.2 – Mapa de suscetibilidade a escorregamentos no município do RJ. ................................16 Figura 4.3 – Mapeamento das áreas de riscos de deslizamentos do Parque Nacional da Tijuca (RJ) e Entorno por SIG (Cristiane Nunes Francisco). ..................................................................................17 Figura 4.4 – Exemplo de mapa de solos (Olibeira et al., 1981).........................................................18 Figura 4.5 – Bacia do Lago Paranoá – Carta Pedológica. Também chamado Carta de Solos...........19 Figura 4.6 – Mapa Geológico do Distrito Federal (Fonte: Adasa). ...................................................20 Figura 4.7 – Mapa de Solos do Distrito Federal (Fonte: Adasa). Também chamado Mapa Pedológico..........................................................................................................................................21 Figura 4.8 – Mapa de Declividade Distrito Federal (Fonte: Adasa). .................................................22 Figura 4.9 – Unidade Geomorfológicas do Distrito Federal (Fonte: Adasa).....................................23 Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 4 1.0. MAPEAMENTO GEOTÉCNICO O mapeamento geotécnico iniciou e se desenvolveu pela cooperação entre geólogos e engenheiros na construção de grandes obras de engenharia. Os primeiros mapas pouco diferenciavam dos mapas estruturais, tectônicos e lito-estatigráficos comuns. Gradualmente a exigência crescente por parte dos engenheiros de mais dados geológicos, guiou o aparecimento dos primeiros textos explicativos, aumentando a legenda e finalizando nos mapas geológicos atuais com mais informações específicas no aspecto técnico do fenômeno geológico e sua interpretação ligada a engenharia. Progressos na teoria e na prática do mapeamento geotécnico, contudo, tem mostrado que os atuais mapas "técnicos", "derivados" ou "interpretativos", não são verdadeiramente os mapas geotécnicos. A geotecnia tem por objetivo fornecer a engenheiros, planejadores e projetistas as informações que os permitam realizar obras de engenharia e o desenvolvimento regional, na melhor harmonia possível com o ambiente geológico. Sem esta harmonia pode ocorrer incidente de conseqüências desastrosa, afetando não somente a economia e durabilidade, mas também a segurança das obras e do meio ambiente. Sendo o ambiente geológico um sistema complexo e dinâmico com diversos componentes, ele não pode ser globalmente estudado por ocasião dos trabalhos de construção e outras atividades de engenharia. Usando o método dos modelos, se constroem esquema simplificado com os componentes que tem significativa importância à geotecnia, a saber: a distribuição e propriedades da rocha e solo, a água subterrânea e superficial, as características do relevo e processos geodinâmicos presentes. Um mapa geotécnico mostra que a distribuição e relações espaciais destes componentes básicos, podem refletir a história como também a dinâmica do desenvolvimento das condições geotécnicas, permitindo prognosticar a influência do ambiente na obra, como também prever em qual aspecto a obra interferirá com o ambiente. Evidentemente tais mapas não podem substituir uma investigação detalhada local, mas poderão auxiliar no projeto racional da investigação local e na interpretação dos resultados. Os mapas podem servir somente a certas finalidades específicas, ou podem apresentar um extenso propósito de múltiplas finalidades necessárias para resolver problemas mais gerais. Eles podem ser úteis nas primeiras etapas do planejamento, como também nos estágios finais dos projetos urbanos, industriais, de transporte, hidrotécnicos e de outras construções. Dependendo da finalidade, os mapas podem ser de variada extensão, escala e detalhe. Podem ter diferentes conteúdos e uma variada escolha dos atributos mapeados, como também diferentes aspectos de sua avaliação. Em todas estas variedades e individualidades os mapas geotécnicos, como os mapas litológicos, estratigráficos e tectônicos devem incorporar certas convenções, uma classificação e princípios comuns e certos grau de padronização. 1.1. DIFERENÇA ENTRE MAPA, CARTA E PLANTA 1.1.1. Mapa Representação dos aspectos geográficos-naturais ou artificiais da Terra destinados a fins culturais, ilustrativos ou científicos. Utilizam menor escala, conseguindo retratar, com menor detalhamento, até mesmo o mundo. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 5 Figura 1.1 – Mapa Mundi (Fonte: IBGE). Figura 1.2 – Mapa Político do Brasil (Fonte: IBGE). Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 6 1.1.2. Carta Documento de finalidade especial com maior precisão como as cartas topográficas, cartas cadastrais, náuticas, e aeronáuticas. Figura 1.3 – Carta Cadastral mostrando a Encruzilhada das ruas Uruguai e Barão de Mesquita (cidade do Rio de Janeiro), Escala 1:5.000. Notar os detalhes, inclusive os trilhos de bonde, quando este tipo de transporte era usado, até a década de 50. 1.1.3. Planta Documentos utilizados quando há exigênciade um detalhamento bastante minucioso, como planta de casa, sendo, portanto, em escala maior e área menor. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 7 Figura 1.4 – Planta residencial. 2.0. PRINCÍPIOS 2.1. INTRODUÇÃO Os principais fatores criadores da condição geotécnica são: a rocha e solo, água, condição geomorfológica e fenômeno geodinâmico. Um mapa fornece uma melhor idéia de um ambiente geológico quando incluir o caráter e a variação das condições geotécnicas, seus componentes individuais e suas interrelações. Mas mapas são modelos simplificados dos fatos e a complexidade dos vários fatores geológicos nunca poderão ser inteiramente representados. O grau de simplificação depende principalmente da finalidade e escala do mapa, da importância relativa dos fatores geotécnicos específicos ou relacionados, da precisão das informações e técnicas de representação usada. Um mapa geotécnico deve satisfazer as seguintes exigências: 1- Retratar as informações objetivas necessárias para avaliar as características geotécnicas relativas ao planejamento regional, a seleção do lugar e método mais adequado de construção e mineração. 2- Fazer o possível para prever as variações na situação geológica induzida pelo empreendimento proposto e para sugerir medidas preventivas necessárias. 3- Apresentar informações de forma a facilitar o entendimento por profissionais que o usarão, os quais podem não ser geólogos. Mapas geotécnicos podem ser baseados nos mapas geológicos, hidrogeológicos e geomorfológicos, mas devem apresentar e avaliar os fatos básicos fornecidos por estes mapas em termos de geotecnia. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 8 2.2. DEFINIÇÃO DE UM MAPA GEOTÉCNICO Um mapa geotécnico é um tipo de mapa geológico, que fornece uma representação generalizada de todos os componentes do ambiente geológico de significado no planejamento do uso da terra, e em projetos, construção e manutenção aplicada a obras civis e mineiras. As feições geológicas representadas nos mapas geotécnicos são: 1- Caráter das rochas e solos, incluindo sua distribuição, arranjo estratigráfico e estrutural, idade, gênese, litologia, estado físico e suas propriedades mecânicas e físicas. 2- Condições hidrogeológicas, incluindo a distribuição da capacidade de água no solo e rochas, zonas de saturação em descontinuidades abertas, profundidade do nível de água e suas variações flutuantes, regiões de água confinada e níveis piezométricos, coeficiente de estocagem, direção de fluxo, fontes, rios, lagos e o limite e intervalo de ocorrência de enchentes, ph, salinidade e corrosividade. 3- Condições geomorfológicas, incluindo superfície topográfica e elementos importantes da paisagem. 4 - Fenômeno geodinâmico, incluindo erosão e deposição, fenômeno eólico, permafrost, movimentos de encostas, formação de condições cársticas, subsidência, variação no volume do solo, dados de fenômeno sísmicos (inclusive falhas ativas), movimentos tectônicos regionais correntes e atividades vulcânicas. 2.3. CLASSIFICAÇÃO DOS MAPAS GEOTÉCNICOS Os mapas geotécnicos podem ser classificados de acordo com: finalidade, conteúdo e escala. 2.3.1. De acordo com a finalidade 2.3.1.1. Finalidade especial Fornecem informações seja de um aspecto específico da geotecnia seja para uma finalidade específica. 2.3.1.2. Multifinalidade: Fornecem informações de muitos aspectos de geotecnia para os diversos usos do planejamentos e trabalhos da engenharia. 2.3.2. De acordo com o conteúdo 2.3.2.1. Mapas analíticos Fornecem detalhes ou a avaliação dos componentes individuais do ambiente geológico. Em geral seu conteúdo é expresso no título; por exemplo: mapa de graus de intemperismo, mapa de fissuras, mapa de risco sísmico. 2.3.2.2. Mapas sintéticos Existem de dois tipos: a) Mapas de condições geotécnicas: descreve os principais componentes do ambiente geotécnico; b) Mapas de zoneamento geotécnico: avalia e classifica unidades territoriais individuais com base na uniformidade de suas condições geotécnicas. Em pequena escala, estes dois tipos de mapas podem ser combinados. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 9 2.3.2.3. Mapas auxiliares Apresentam dados factuais e são, por exemplo: mapas de documentação, contornos estruturais, isolinhas. 2.3.2.4. Mapas complementares Estão incluídos os geológicos, tectônicos, geomorfológicos, pedológicos, geofísicos e hidrogeológicos. São mapas de dados básicos, os quais, algumas vezes, são incluídos como um grupo de mapas geotécnicos. 2.3.3. De acordo com a escala 2.3.3.1. Grande escala - 1:10.000 ou maior 2.3.3.2. Média escala - entre 1:10.000 e 1:100.000 2.3.3.3. Pequena escala - 1:100.000 ou menor 2.4. PRINCÍPIOS DE CLASSIFICAÇÃO DE ROCHAS E SOLOS PARA MAPAS GEOTÉCNICOS As unidades de um mapa geotécnico são caracterizadas por um certo grau de homogeneidade nas propriedades geotécnicas básicas. O principal problema no mapeamento geotécnico é determinar as caraterísticas geológicas da rocha e solo que sejam estreitamente relacionadas com as propriedades físicas, tais como resistência, deformabilidade, durabilidade, permeabilidade, que são importantes na geotecnia. Este problema se dá pela falta de dados sobre a variabilidade regional das propriedades das rochas e solo e por não existirem métodos e técnicas para a determinação rápida e de baixo custo capaz de fornecer dados em quantidades suficientes. Por esta razão se usa algumas propriedades geológicas que melhor indiquem as características geotécnicas e físicas: a) composição mineralógica, estreitamente relacionada a densidade específica, limites de Atterberg e índice de plasticidade; b) características estruturais e texturais, relacionadas ao peso específico, tais como distribuição granulométrica e porosidade. c) umidade, grau de saturação, consistência, fissuração, grau de intemperismo e de alteração, relacionados com o estado físico dos solos e rochas e indicam propriedades de resistência, característicade deformação, permeabilidade e durabilidade. Classificação baseada na litologia e modo de origem: a)Tipo Geotécnico (E.T.): tem um alto grau de homogeneidade física. Apresenta uniformidade na litologia e no estado físico. São caracterizados por valores determinados estatisticamente a partir de determinações individuais de propriedades mecânicas e físicas. Usual em mapas de grande escala. b)Tipo Litológico (L.T.): é homogêneo em relação a composição, textura e estrutura, mas usualmente não é uniforme no estado físico. Somente uma idéia geral das propriedades de engenharia pode ser apresentada. Usuais em mapas de grande escala e, onde possível, em de média escala. c) Complexo Litológico (L.C.): compreende um grupo de tipos litológicos geneticamente relacionados, desenvolvidos sobre condições geotectônicas e paleogeográficas específicas. Em cada complexo o arranjo espacial do tipo litológico é uniforme e distinto, mas um complexo litológico não é necessariamente uniforme em seu estado físico e características litológicas. Não é possível Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 10 definir propriedades mecânicas e físicas para todo o complexo, mas somente fornecer dados dos tipos litológicos individuais e indicar o comportamento geral do complexo. Usual em mapas de escalas pequena e média. d) Suíte Litológica (L.S.): compreende muitos complexos litológicos desenvolvidos sob condições tectônicas e paleogeográficas, no geral, similares. Somente algumas propriedades geotécnicas gerais podem ser definidas. São usadas em mapas de pequena escala. 2.5. CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS Condições hidrogeológicas afetam o uso da terra, o planejamento, a seleção de local assim como o custo, durabilidade e segurança das estruturas. Águas subterrâneas e superficiais são importantes nos processos geodinâmicos como o intemperismo, movimento de encostas, sufusão química e mecânica, desenvolvimento de condições cársticas, variação volumétrica do solo por contração e expansão, e colapso em solos de loess. A água modifica as propriedades da rocha e do solos e influencia os métodos de construção e escavação. O regime das águas superficiais e subterrâneas é diretamente influenciado por estruturas hidráulicas e pela extração da água subterrânea, e indiretamente por fatores tais como, urbanização e desflorestamento, que aumentam o escoamento superficial, a carga de sedimentos e a erosão, influenciando outros processos tais como movimento de encostas e sedimentação. Para caracterizar as condições hidrogeológicas devem ser avaliadas e representadas no mapa as seguintes informações: distribuição da água de superfície e subsupefície, condição de infiltração, teor de umidade, direção e velocidade do fluxo subterrâneo, fontes e percolações em horizontes com aqüífero individual, profundidade do nível da água e suas flutuações, regiões de água confinada e seus níveis piezométricos, propriedades hidroquímicas tal como ph, salinidade, corrosibilidade, e presença de bactérias ou outros poluentes. Em mapas de pequena escala a hidrogeologia é representada por símbolos e números. Em média escala o nível de água pode ser representado por contornos e suas variações de flutuação por números. Em grande escala se usa isolinhas e números para flutuações. 2.6. CONDIÇÕES GEOMORFOLÓGICAS Mapeamento geomorfológico é auxiliar na explicação da história recente do desenvolvimento da paisagem, tal como a formação dos vales, terraços, configuração das encostas e os processos operantes na paisagem atual. Este é parte essencial no mapeamento geotécnico, e pode ser realizado rapidamente e a um baixo custo, sendo freqüentemente um fator decisivo no planejamento das investigações geotécnicas. A apreciação das condições geomorfológicas num mapeamento geotécnico pode ser mais do que uma simples descrição da superfície topográfica. Pode-se incluir uma explanação das relações entre condições de superfície e a situação geológica; a origem, desenvolvimento e idades dos elementos geomorfológicos individuais; a influência das condições geomorfológicas na hidrologia e processos geodinâmico. É importante a previsão de ameaças às feições geomorfológicas, tais como a erosão lateral das margens dos rios, movimento de dunas, colapso em zonas cársticas ou áreas enfraquecidas, pela mineração. Superfície topográfica é mostrada por curvas de nível em mapas de todas as escalas. Símbolos pontuais são usados para indicar elementos geomorfológicos em mapas de pequena escala. Em mapas de média e grande escala, se pode representar os atuais limites e detalhes das feições geomorfológicas. 2.7. AVALIAÇÃO DE FENÔMENO GEODINÂMICO Fenômeno geodinâmico são fenômeno do ambiente geológico que resultaram de processos geológicos ativos na atualidade. Excluem-se os processos de deposição e alteração, por estarem Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 11 inclusos na descrição de rochas e solos. Os processos geológicos e as feições deles decorrentes são: a) Erosão e deposição: condições favoráveis para erosão excessiva são dadas por rochas brandas de baixa permeabilidade, taludes moderados a acentuados, vegetação rala e alta pluviosidade concentrada em pequenos períodos de tempo. Sedimentos lavados nas encostas podem acumular-se nas baixadas, em calhas e em outros locais, ou contribuir para o rápido assoreamento de reservatórios. Fatores contribuintes são: supercultivo, desmatamento e desenvolvimento urbano. As feições erosivas comumente registradas nos mapas geotécnicos são, encostas sulcadas e ravinadas, e margens de rios e linhas de praias que são ativamente erodidas. b) Processos eólicos: estão geralmente entre os processos geodinâmico menos problemáticos, mas pode ser perigoso para estruturas de obras em certas áreas. Super pastoreio, cultivo acentuado ou desmatamento podem criar campos de dunas. Dunas e feições similares são registradas em mapas geotécnicos. c) Movimento de encostas: ocorrem sob a influência da gravidade e incluem rastejo, escorregamento, fluxo e queda de todos os tipos de solos e rochas. Movimento de encostas são causados ou iniciados por outros processos naturais ou por atividades humanas. As condições adequadas para o movimento e as feições resultantes podem ser mapeadas, porém os fatores que os iniciam freqüentemente não o são. Os fatores causadores de movimento das encostas podem ser divididos em dois: os que reduzem a resistência ao cisalhamento e aqueles que aumentam as tensões de cisalhamento no talude. d) Permafrost: problemas construtivos podem ser esperados em materiais finos permanentemente gelados, podendo registrar suas feições. e)Feições cársticas: são comuns em superfície, as dolinas, vales escondidos e vales secos com paredes íngremes; em subsuperfície, sistemas de cavernas tornam a superfície do "bedrock" irregular e normalmente coberta por solos de diferentes compressibilidade. f) Sufusão: lavagem das partículas finas de materiais inconsolidados, em particular das areias e cascalhos. Podem oferecer problemas consideráveis em projetos de estruturas hidráulicas. g) Variações do volume do solo: variações de volume por contração e/ou expansão dos solos podem causar perdas às estruturas. h) Atividade sísmica e vulcânica: feições sísmicas geodinâmicas são resultantes de atividades sísmicas, o suficiente para sentir o seu efeito e ainda ser visível como formas do relevo. Feições associadas com falhas ativas incluem desvios na drenagem, terraços e estruturas realizadas pelo homem, lagos de afundamento, escarpas, linhas de fontes e lineamentos de vales. São também importantes para a geotecnia a freqüência e intensidade da atividade vulcânica e natureza, localização e extensão dos produtos vulcânicos. Em pequena escala dados pontuais de feições são representados por símbolos. Em escala média, são delineadas suas feições, e se possível, mostrados seus limites. Em grande escala os limites e estruturas internas de cada feição individual podem ser mapeadas. 2.8. PRINCÍPIOS DO ZONEAMENTO GEOTÉCNICO Mapas geotécnicos sintéticos podem apresentar informações em termos de zoneamento geotécnico. Estas são áreas individualizadas nos mapas e que são aproximadamente homogêneas em termos de condições geotécnicas. O detalhe e o grau de homogeneidade de cada zona geotécnica depende da escala e finalidade do mapa. Num mapa de zoneamento para finalidade geral, as seguintes unidades territoriais naturais Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 12 taxonômicas podem ser reconhecidas: 1 - Região: baseada na uniformidade dos elementos estruturais geotectônicos individuais; 2 - Área: baseados na uniformidade das unidades geomorfológicas regionais; 3 - Zonas: baseadas na homogeneidade litológica e no arranjo estrutural do complexo formado pelas litofácies de rochas e solos; 4 - Distritos: onde as condições hidrogeológicas e os fenômenos geodinâmicos são uniformes. Por este caminho as características de um território podem ser definidas por zoneamento, que por sua vez, pode ser usado para avaliar a complexidade das condições geotécnicas. Um mapa de zoneamento geotécnico de finalidade especial pode ser preparado com um tipo de interesse específico, por exemplo: estradas, barragens, túneis. Em tais mapas as unidades de zoneamento devem ser baseadas na análise dos fenômenos geológicos e nos parâmetros geotécnicos, avaliados em termos de finalidade geotécnica particular. 2.9. PRINCÍPIOS GERAIS Os princípios gerais do mapeamento geotécnico devem ser aplicados aos mapas de todos os tipos e escalas. Se isto for feito, será possível comparar mapas independentemente da escala. A diferença básica entre mapas de diferentes escalas será somente na quantidade e apresentação dos dados. Em mapas geotécnicos, de todos os tipos e para todas as escalas, as informações obtidas podem ser apresentadas de tal modo que não somente a verdade da natureza, mas também os dados de significado em engenharia possam ser entendidos e completamente analisados. 3.0. TÉCNICAS PARA AQUISIÇÃO E INTERPRETAÇÃO DE DADOS 3.1. INTRODUÇÃO Um mapa geológico é base fundamental para o mapeamento geotécnico, considerando-se sempre que, nestes mapas as rochas com propriedades geotécnicas marcadamente diferentes podem ser agrupadas como uma unidade única, por terem a mesma idade e origem. Assim para acrescentar as informações necessárias ao mapeamento geotécnico deve-se fazer uso de técnicas e métodos específicos. A dificuldade principal, independente da técnica usada, é que as variações das características da rocha e do solo, freqüentemente gradacional, podem ocorrer tanto na vertical como na horizontal. 3.2. MÉTODOS GERAIS DE MAPEAMENTO GEOLÓGICO 3.2.1. Preparação do mapa base topográfico Onde um mapa base topográfico não existe, ou está em escala menor do que necessária para o trabalho de campo, um mapa deverá ser feito especialmente para o trabalho e servir como uma base para o mapa geológico. 3.2.2. Aquisição das informações geológicas O trabalho exigido na obtenção das informações geológicas para a preparação de um mapa geotécnico segue um padrão determinado, compreendendo um determinado número de estágios. Inicialmente se procura as informações geológicas existentes, suplementadas por estudo de mapas e aerofotos existentes. Seque-se um reconhecimento da área na qual são avaliadas evidências e novas informações geológicas, geomorfológicas e geodinâmicas são reunidas. Finalmente se pode avaliar aspectos gerais ou específicos de um local de construção, baseado em trab4alhos de campo, Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 13 envolvendo variadas investigações de campo e ensaios laboratoriais e "in situ" (3.4). 3.3. QUESITOS ESPECIAIS PARA O MAPEAMENTO GEOTÉCNICO 3.3.1. Descrição geotécnica das rochas e solos Recomenda-se para a prática do mapeamento geotécnico, o uso de nomes simples das rochas, suplementados por termos descritivos selecionados. Estes termos devem ser aplicados tanto para materiais rochosos como para massas rochosas, e devem incluir uma descrição de cor, granulometria, textura, descontinuidade dentro da massa, estado de alteração, estágio intempérico, propriedades de resistência, permeabilidade e outros indicativos das características geotécnicas. Uma adequada descrição de rocha e solo pode exigir informações adicionais, incluindo mergulho e direção, ou atitudes de estruturas e descontinuidades, o caráter da superfície dos planos de acamamento e outras descontinuidades, a variabilidade de estruturas e descontinuidades, os detalhes do perfil intemperizado. De particular importância é a estimativa do grau de isotropia e homogeneidade das massas de rochas. 3.3.2. Mapeamento de rochas e solos para finalidade de engenharia O resultado de uma investigação geotécnico deverá produzir um mapa no qual as unidades são definidas por propriedades de engenharia. Em geral os limites das unidades sequem os limites litológicos, mas as propriedades de engenharia não apresentam relações com os limites estratigráficos ou estruturais. A seleção de um método apropriado para traçar os limites das unidades mapeadas no campo depende da finalidade para a qual o mapeamento está sendo realizado. Por sua vez, a finalidade dita a escala e esta define a taxonomia básica.Os métodos usados para limitar e caracterizar cada unidade de mapeamento ou taxonômica básica são: 1 - Suíte litológica: a interpretação dos mapas geológicos existentes, mapeamento de reconhecimento e fotogeologia. A avaliação do provável comportamento rochoso, através do conhecimento das propriedades e dos tipos rochosos; 2 - Complexo litológico: mapeamento da área com análise da fácies para o grupo geneticamente relacionado ao tipo litológico. Investigação geofísica, amostragem e sondagem sistemática no campo. Ensaio "in situ". Ensaios das propriedades e índices físicos em laboratório ou laboratório de campo. Investigação petrográfica e avaliação do comportamento rochoso através do conhecimento das propriedades dos tipos rochosos conhecidos; 3 -Tipo litológico: mapeamento e investigação petrográfica detalhada. Ensaios geofísicos de campo. Determinação sistemática das propriedades índices em laboratório. Ensaios de laboratório e "in situ" das propriedades mecânicas das rochas e outras propriedades; 4 -Tipo geotécnico: investigação detalhada do estado físico das massas de solo e rocha. Teste "In situ" das propriedades mecânicas das rochas e outras propriedades. Ensaios sistemáticos em laboratório das propriedades físicas e mecânicas. 3.3.3. Mapeamento das condições hidrogeológicas As principais condições hidrogeológicas necessárias para serem registradas ou monitorizadas em mapeamento geotécnico são de dois tipos: 1 - Informações superficiais como fontes, sumidouros, rios e lagos; 2 - Informações de subsuperfície obtidas em poços ou sondagens já existentes ou de sondagens exploratórias realizadas para este fim. Condições hidrogeológicas devem ser quantificadas quando Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 14 possível. 3.3.4. Mapeamento do resultado dos processos geodinâmico O método adotado depende da escala do mapa. Ele é importante para descrever não somente as feições mas também as condições que o favorecem e os fatores causadores de seu desenvolvimento. é importante determinar não somente a extensão dos vários problemas, mas também sua freqüência de ocorrência, sua ação e grau de atividade. Um esforço deve ser feito para prever o desenvolvimento de futuros fenômeno geodinâmico. Onde houver possibilidade cada sistema geodinâmico deve ser avaliado quantitativamente ou semiquantitativamente. Em pequenas escalas, fenômeno individuais podem ser mapeados por aerofotos e outros métodos de sensoriamento remoto ou por um trabalho de reconhecimento. Em grandes escalas, é possível mapear todo o resultado geomorfológico das atividades, com serviço topográfico detalhado ou por aerofotos. Mapeamento detalhado de superfície pode ser suplementado pelo uso de métodos geofísicos e sondagens. 3.4. TÉCNICAS ESPECIAIS PARA MAPEAMENTO GEOTÉCNICO 3.4.1. Fotogeologia A fotointerpretação é um importante auxílio para os estudos geotécnicos, pela sua rapidez, custo relativamente baixo, e por ser um método preciso para a primeira avaliação de uma grande área. A escala adotada é usualmente entre 1:10.000 e 1:30.000. é essencial que os resultados do serviço de geologia sejam suplementados por observações do terreno em locais selecionados. 3.4.2. Métodos geofísicos As técnicas usadas no mapeamento geotécnico são os métodos sísmicos e de resistividade usadas em superfície e em sondagens. 3.4.2.1. Medidas de resistividades O método baseia-se na medida da resistividade elétrica do terreno, a qual depende primariamente da porosidade, fraturamento, grau de saturação e a salinidade da água dos vazios. Para que o método funcione efetivamente é preciso um bom contraste entre as propriedades físicas. 3.4.2.2. Medidas sísmicas Densidade e módulo de deformação das rochas e solos determinam a velocidade de transmissão das ondas sísmicas através deste meio. A técnica de refração é usada para determinar a profundidade dos diferentes níveis de refração, por exemplo: topo ou base da zona intemperizada e depende de haver um crescimento da velocidade com a profundidade. 3.4.3. Sondagens e técnicas de amostragem A sondagem é entendida como fornecedora de amostras deformadas e indeformadas de rochas e solos, ou fornecedora de um furo para testes "in situ" e a instalação de instrumentos no terreno. Uma variedade de métodos é necessária, incluindo sondagens rotativas, percussão e outras. As amostras devem ser, tanto quanto o possível, verdadeiramente representativas das condições do terreno e devem ser retiradas, acondicionadas e transportadas dentro das normas existentes. É recomendado, como condição mínima, obter amostras indeformadas para cada litologia. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 15 3.4.4. Ensaios "in situ" e de laboratório 3.4.4.1. Ensaios de laboratório Propriedades de rochas e solos podem ser determinadas por ensaios laboratoriais padronizados. Em mapeamento geotécnico, 25 a 30 amostras são necessárias para a determinação estatística das características de cada tipo geotécnico. 3.4.4.2. Ensaios "in situ": Técnicas instrumentais sofisticadas são utilizadas para determinações "in situ". Em sondagens são realizados ensaios de bombeamento, para obtenção de dados hidrogeológicos de sub-superfície. As paredes das sondagens podem ser observadas com câmeras especiais. Ensaios de penetração profunda são sondagens menos exigentes. Os penetrômetro, estáticos ou dinâmicos, são usados para determinar a resistência do terreno pela penetração de uma ponta, de forma continua ou por golpes de martelo, em cada caso respectivamente. 3.5. Análise e interpretação dos dados Na execução do serviço geotécnico de uma área, devem ser recolhidas informações de todos os aspectos das condições geotécnicas. As informações devem ser registradas diretamente nos mapas ou caderneta de campo, memoriais de sondagens, e os resultados de laboratório tabulados. A análise dos dados envolve a seleção e agrupamento de todas as informações das condições geotécnicas, separando quais são consideradas importantes e absolutamente necessárias para as finalidades específicas para as quais o mapa está sendo feito, daquelas que não o são. Estas últimas não são processadas no prosseguimento. Neste estágio se dá uma atenção especial a uma avaliação da confiabilidade geológica dos dados, o que requer uma considerável experiência. Os dados que aparentem ser irreais após a avaliação geológica não serão incluídos em qualquer outro processamento. Havendo selecionado e agrupado as informações, os vários grupos podem agora ser arranjados em classes. O sistema de classificação pode ser internacional ou do próprio país. O passo final noprocessamento dos dados é a síntese das informações gerais dos diferentes componentes individuais das condições geotécnicas e ordenar para determinar e definir unidades territoriais individuais que são caracterizadas por um certo e específico grau de uniformidade em suas condições geotécnicas. Ao lado destes métodos que dependem da competência e experiência do geotécnico, computadores são agora introduzidos com sucesso no mapeamento geotécnico. Existem três áreas principais de interesse no uso de computadores neste campo: estocagem de dados; análise estatística dos dados e a correlação de um grande número de variáveis; visualização ou plotagem automática dos mapas produzidos pelo computador. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 16 4.0. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES DO MAPEAMENTO GEOTÉCNICO Figura 4.1 – Mapa Geológico-Geotécnico dos arredores da BR-101 / RJ. Figura 4.2 – Mapa de suscetibilidade a escorregamentos no município do RJ. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 17 Figura 4.3 – Mapeamento das áreas de riscos de deslizamentos do Parque Nacional da Tijuca (RJ) e Entorno por SIG (Cristiane Nunes Francisco). Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 18 Figura 4.4 – Exemplo de mapa de solos (Olibeira et al., 1981). Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 19 Figura 4.5 – Bacia do Lago Paranoá – Carta Pedológica. Também chamado Carta de Solos. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 20 Figura 4.6 – Mapa Geológico do Distrito Federal (Fonte: Adasa). Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 21 Figura 4.7 – Mapa de Solos do Distrito Federal (Fonte: Adasa). Também chamado Mapa Pedológico. Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 22 Figura 4.8 – Mapa de Declividade Distrito Federal (Fonte: Adasa). Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 23 Figura 4.9 – Unidade Geomorfológicas do Distrito Federal (Fonte: Adasa). Rideci Farias. Haroldo Paranhos. Engenheiro Civil e Geotécnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotécnico, M. Sc. CREA/ PA 9736 – D. CREA/DF 9649 – D. Geotecnia Ambiental – 1º Semestre de 2013 24
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