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1 TALUDES ESTABILIDADE DE ENCOSTAS E EROSÃO Olavo Francisco dos Santos Júnior Prf. UFRN olavo@ctufrn.br In: GUSMÃO, A. D.; GUSMÃO FILHO, J. de A.; OLIVEIRA, J. T. R., MAIA, G. B. (Org.). Geotecnia no nordeste. Recife: Editora Universitária UFPE, 2005. 543 p., p. 181-203. 1. INTRODUÇÃO A ocorrência de movimentos de massas em encostas se constitui em um dos maiores problemas ambientais em várias regiões de relevo acidentado em todo o mundo. Tais movimentos podem causar uma gama enorme de prejuízos materiais e em situações mais críticas levar a perdas de vidas humanas. Na Região Nordeste do Brasil tem sido observado e relatado a cada ano a ocorrência de processos de instabilização, principalmente, nos maiores aglomerados urbanos. Os principais fatores que condicionam a instabilização de encostas são: o relevo (morfologia, altura e inclinação da encosta), o tipo de material que forma a encosta, as estruturas geológicas presentes (falhas, fraturas, xistosidade, contatos entre camadas, dentre outros) e o regime hidrológico (escoamento superficial, condições de infiltração e fluxo de água subterrâneo). Fatores antrópicos contribuem decisivamente para a deflagração de processos de ruptura em encostas, dentre os quais podem ser destacados: a retirada da vegetação, a execução de cortes no sopé e a inserção de sobrecargas nas partes superior e intermediária das encostas. Toda a faixa litorânea do Nordeste apresenta condições para o desenvolvimento de movimentos de massas. Verifica-se a presença de uma importante quebra de relevo entre as partes mais elevadas da área continental e a planície costeira, o desenvolvimento de solos profundos e um regime pluviométrico com concentração de chuvas no período entre fevereiro e julho, quando ocorrem precipitações de elevada intensidade. O quadro do meio físico é agravado pela ocupação das encostas, notadamente pela população de baixa renda. A comunidade geotécnica do Nordeste tem apresentado uma vasta contribuição no sentido de compreender os fenômenos envolvidos nos processos de movimentos de massas em encostas, identificar áreas susceptíveis à ocorrência de movimentos e propor medidas para recuperação de áreas onde já ocorreram instabilizações. A Tabela 4.1 apresenta uma lista de publicações obtida através de pesquisa nos anais de congressos a respeito do tema. 2. ASPECTOS GEOLÓGICOS DA REGIÃO NORDESTE Como pode ser visto na Tabela 4. 1 a maior parte dos trabalhos cita a ocorrência de movimentos na Formação Barreiras. Esta consiste em uma seqüência de sedimentos terciários que abrange todo o litoral nordestino. Normalmente são pouco consolidados e são formados por camadas de areias siltosas, areias argilosas e argilas siltosas. Em alguns locais apresenta níveis conglomeráticos e camadas com cimentação ferruginosa. Os processos pedogenéticos atuantes levam à formação de latossolos e podzólicos. De forma secundária em termos de número de citações na lista de referências da Tabela 4.1, porém associados a significativos problemas de estabilidade de encostas aparecem os solos residuais de rochas cristalinas. No Estado de Pernambuco são citados os solos residuais de granito (GUSMÃO FILHO et al., 1992 e 1997) e de gnaisse (COUTINHO et al., 1997). Em Salvador estão presentes predominantemente os solos residuais de granulito. Nas proximidades do litoral, em 2 função das características climáticas vigentes (elevadas temperatura e umidade) o intemperismo químico é intenso, de forma que se desenvolvem solos profundos. Tabela 4.1 – Relatos de trabalhos sobre movimentos de massas em encostas no Nordeste. 3 A Formação Maria Farinha (Terciário) é descrita por GUSMÃO FILHO et al. (1982) como sendo formada por uma alternância de calcários argilosos e argilas calcíferas estratificadas, de cores amarela a cinza. A Formação Gramame (Cretáceo) consiste de arenitos, calcários e calcarenitos de coloração cinza e amarela. A Formação Beberibe, conforme descrito por GUSMÃO FILHO et al. (1982), consiste de duas seções Na seção superior predominam aret1Itos compactos, calcíferos, com intercalações argilosas de cor cinza. Na seção inferior ocorrem arenitos friáveis com cimento silicoso ou argiloso com cores cinza e amarela. De acordo com GUSMÃO FILHO et al. (1992) a Formação Cabo consiste de sedimentos de origem tectônica (arenitos feldspáticos), podendo ser intercalados por camadas de argilitos. Em alguns locais os feldspatos estão bastante intemperizados formando argilas o que influencia a toponímia local (Barro Branco). O Grupo Ilhas, citado por GUIMARÃES (1992), consiste de várias formações geológicas, porém em termos litológicos estão presentes camadas de folhelhos e arenitos. Sobre esses materiais se desenvolvem solos residuais pela ação do intemperismo. Nos trabalhos a respeito de Rio Grande do Norte são feitas referências aos sedimentos da Formação Potengi, sedimentos eólicos de dunas e de origem flúvio marinha. A Formação Potengi consiste de sedimentos arenosos com pouca argila, pouco consolidados, de coloração avermelhada, (MOREIRA e SOUZA, 1997; SANTOS Jr., et al., 2001) Os sedimentos eólicos de dunas consistem de areias finas a médias uniformes, enquanto que os sedimentos flúvio marinhos são formados por camadas de areias e argilas intercaladas, formando terraços nas zonas estuarinas. Resultam da acumulação de sedimentos provenientes do continente e da dinâmica costeira. 3. MECANISMOS DE RUPTURA 3.1. Mecanismo de Ruptura de Taludes em Solos Não Saturados 4 Um aspecto importante relativamente à estabilidade de taludes é que a maioria dos solos presentes na região encontra-se no estado não saturado.. Por outro lado, verifica-se que a maior parte dos processos de instabilizações citados na bibliografia ocorre na estação chuvosa. MENEZES e CAMPOS et al. (1992) descreveram o mecanismo de ruptura de taludes nos solos residuais de Salvador da forma indicada a seguir: · em sua condição natural, o solo apresenta grau de saturação da ordem de 80%, ou menos, de forma que no interior do maciço e na face do talude de corte ou encosta ocorrem poro-pressões negativas; essas, por sua vez, induzem a presença de coesão aparente, o que em muitos casos se constitui em um fator preponderante na estabilidade; · quando ocorrem as primeiras chuvas as camadas superficiais do talude ou encosta absorvem água, aumentando o grau de saturação; · forma-se então a frente de "saturação" (umedecimento) que avança à medida em que ocorrem novas chuvas; a profundidade e a velocidade de avanço da frente de umedecimento dependem da inclinação da encosta, do tipo e estado em que se encontra o material que forma a encosta e da intensidade, duração e freqüência das precipitações pluviométricas; · quando o grau de saturação atinge valores da ordem de 100% e a frente de umedecimento ultrapassa profundidade da ordem de um metro, estabelece-se um fluxo paralelo e próximo à superficie do talude ou encosta; entretanto, o fluxo vertical ainda predomina em decorrência das forças gravitacionais e capilares, de maneira que o fluxo paralelo pode ser desprezado; · cessadas as precipitações ocorre a redistribuição da água que infiltrou, com o conseqüente aumento do teor de umidade médio ao longo da frente de umedecimento; · todo esse processo se repete na ocorrência de novas precipitações; o aumento do grau de saturação provoca a redução da sucção com conseqüente diminuição da resistência ao cisalhamento, o que pode provocar a ruptura. Esse mecanismo permite explicar o fato de ocorrerem com maior freqüência rupturas em taludes com inclinações menores que outros mais íngremes (MENEZES e CAMPOS, 1992). O fato é que os taludes mais íngremes favorecem o escoamento superficial, enquanto que nos outros ocorre infiltração.Assim, nos taludes mais íngremes são mantidos os efeitos estabilizantes da sucção. Conforme MENEZES e CAMPOS (1992) e ELBACHÁ et al. (1992) os movimentos de massas em encostas na cidade de Salvador estão correlacionados com a precipitação acumulada em quatro dias e não apenas com a chuva verificada no dia do evento. Essa observação confirma a necessidade de um dado intervalo de tempo para que ocorra a infiltração e avanço da frente de umedecimento. CAMPOS et al. (1994) destacam que os movimentos sujeitos a esse mecanismo ocorrem geralmente durante a estação chuvosa, após o período prolongado de chuvas Raramente ocorrem instabilizações durante chuvas de elevada intensidade e curta duração, as quais provocam transtorno na cidade, pela ocorrência de inundações. O mecanismo descrito acima está em conformidade com aqueles observados por ANJOS e CARVALHO (1997) nas encostas da Formação Barreiras na cidade de Maceió. Destacam que os maiores responsáveis pela ocorrência de processos de instabilização das encostas urbanas de Maceió são as precipitações pluviométricas de longa duração e intervenções antrópicas realizadas nas encostas. 3.2. Movimentos de Massas em Encostas Urbanas As encosta urbanas ocupadas por população de baixa renda parecem apresentar um mesmo padrão de ocupação de problemas de estabilidade, independentemente da localidade e da unidade geológica presente. Em boa parte de tais encostas as residências são construídas sobre patamares de aterros ou decorrentes da execução de cortes. Os aterros normalmente não são compactados, o que favorece as instabilizações. No caso de cortes é comum a execução das casas funcionando indevidamente como elemento de contenção do corte. Grandes quantidades de lixo e entulho de construção são depositadas em terrenos baldios e nas áreas adjacentes às residências que estão sobre as encostas, pondo em risco as moradias localizadas em níveis tipográficos mais baixos. 5 As condições sanitárias geralmente não são satisfatórias, ocorrendo o lançamento de águas servidas na superfície e o destino final dos esgotos se dá através de fossas negras e sumidouros. Essas observações favorecem a saturação do solo da encosta e conseqüentemente a perda de resistência do solo, o que pode levar à ruptura. Aspectos da ocupação antrópica como elementos importantes na deflagração de movimentos são citados por CARVALHO e ANJOS (1994), MENEZES (1997), GUSMAO FILHO et al. (1997), SANTOS Jr. et al. (1998), LIMA et al. (2002), BANDEIRA et al. (2003) e CAMPOS et al. (2003) A Figura 4.1 apresenta alguns aspectos descritos acima na área de Vila Nova de Pituaçu com ocupação desordenada em Salvador. Figura 4.1 - a) Vista de área onde ocorreu ruptura; b) Moradia muito próxima de talude de corte. CAMPOS et al. (2003). As encostas do Alto do Reservatório, Nova Descoberta, na cidade do Recife foram estudadas por GUSMÃO FILHO et al. (1997), LIMA e FERREIRA (2001) e LIMA et al. (2002). A Figura 4.2 mostra uma foto aérea onde podem ser identificadas três encostas bem definidas, a encosta Noroeste NW, voltada para a BR-101, a encosta Leste (E) e a encosta Sul (S), voltada para o Córrego do Boleiro. A encosta NW tem morfologia côncava - convexa em planta, a Leste tem forma de anfiteatro e na encosta Leste verificou-se o deslizamento do caso do Boleiro, descrito por GUSMÃO FILHO et al. (1997). A Figura 4.3 apresenta o perfil transversal à encosta NW. Figura 4.2 – Foto aérea do Alto do Reservatório. LIMA et al. (2002). Os resultados das investigações geotécnicas mostraram que o perfil do solo na área é constituído por uma camada de argila arenosa de consistência média; camada de areia argilosa variando de fofa a compacta e na parte inferior está presente uma areia fina a média argilosa com pedregulhos medianamente compacta a compacta. A argila arenosa apresentou nos ensaios de cisalhamento direto realizados na umidade que se encontrava no campo valores de coesão e ângulo de atrito de 28 kPa e 31°, respectivamente. Nos ensaios inundados a coesão caiu para 10 kPa e o ângulo de atrito ficou em 32°. Na areia argilosa os parâmetros de resistência na umidade natural são: coesão de 84 kPa e ângulo de atrito igual a 34° Esses valores diminuem, respectivamente, para 1 kPa e 16° nas amostras inundadas Essa queda de resistência influencia significativamente as condições de estabilidade do talude. O trabalho de LIMA et al. (2002) relata que o fator de segurança varia de 2,2 no período de verão (estação seca, análise utilizando os parâmetros de resistência na condição natural) a próximo de 1,0 no período de inverno (estação chuvosa, análise utilizando os parâmetros do solo inundado). Esses resultados evidenciam a importância da sucção na estabilidade da encosta As observações de GUSMÃO FILHO et al. (1997), LIMA e FERREIRA (2001) e LIMA et al. (2002) indicam que a condição de completa saturação pode ocorrer pelo somatório dos efeitos da infiltração de água de chuva, águas servidas, presença de fossas e vazamentos da rede de abastecimento, como foi o caso do Boleiro. Figura 4.3 - Perfil do solo da encosta NW do Alto do Reservatório. LIMA et al. (2002). 3.3. Movimentos em Solos Residuais Condicionados por Estruturas Geológicas COUTINHO et al. (1997) descrevem a análise da ruptura de um talude em solo residual de rocha gnáissica na Rodovia PE-89. A ruptura ocorreu na primeira estação chuvosa após a execução de um corte para a implantação da rodovia. A massa instabilizada apresentou comprimento de aproximadamente 170 metros, largura média de 80 metros e um desnível vertical em torno de 85 metros. A Figura 4.4 mostra seções no sentido transversal e paralela ao eixo do movimento. 6 Observa-se que o escorregamento se deu no contato entre o solo residual jovem e a rocha gnáissica. Uma vasta campanha de investigações realizadas no local por meio de ensaios de laboratório e "in situ" levaram os autores a concluir que podem ocorrer fatores de segurança muito baixos, da ordem de 1,15 a 1,20 , para o talude durante a estação chuvosa. De acordo com COUTINHO et al. (1997) as principais causas da ruptura foram: a escavação do talude para a construção da rodovia; a ocorrência de chuvas intensas e de longa duração, o que provocou a diminuição da sucção e possivelmente a geração de poro pressões positivas; e a presença de descontinuidades com orientação desfavorável em relação à estabilidade da encosta. Figura 4.4 - Perfis transversal e paralelo ao escorregamento. COUTINHO et al. (1997). Outros movimentos condicionados por planos de descontinuidade ou estruturas geológicas foram relatados por GUIMARÃES (1992). Os movimentos ocorreram no Porto de Aratu em taludes de cortes realizados no sistema viário interno. O perfil local consiste de solo residual de rochas do Grupo Ilhas (folhelhos e arenitos). A Figura 4.5 ilustra o mecanismo de ruptura dos taludes do trecho entre as estacas 7 e 8 do ramal de acesso à administração. O mecanismo inicia-se através da infiltração de água nas descontinuidades, o que provoca o surgimento de pressões hidrostáticas. Essa pressão provocou o deslocamento da massa e mesmo após a interrupção da chuva, ocorreu o umedecimento do solo, provocando a diminuição na sucção e conseqüentemente na resistência. Em seguida, ocorreu o deslizamento. A Figura 4.6 apresenta o caso de um deslizamento múltiplo provocado pela infiltração de água de chuva e com superfície de ruptura condicionada pelo contato entre o solo saprolítico e o folhelho não alterado (trecho entre as estacas 33 e 35). Inicialmente formava-se uma fissura no pé do talude provocada pela poro pressão nos caminhos preferenciais de percolação, em seguida ocorria a ruptura. Outras fissuras se formavam paralelamente acima do pé do talude e nova ruptura acontecia. A instabilização se propagavapara montante até comprimentos da ordem de 30 metros. 7 Figura 4.5 - Mecanismo de ruptura condicionada por planos de descontinuidades. GUIMARÃES (1992). Figura 4.6 - Rupturas múltiplas progressivas. GUIMARÃES (1992). 3.4. Erosão Pluvial A erosão pluvial consiste no destacamento das partículas de solo, seguido de transporte do local original e posterior deposição pela ação das águas de chuva. São descritos a seguir três casos de processos erosivos na Formação Barreiras, em Pernambuco: erosão no Horto Dois Irmãos, em Recife (COUTINHO et al., 1999); recuperação de taludes na Estação Ecológica de Caetés (FUCALE et al., 2001) e no Parque Armando de Holanda Cavalcante, no município de Cabo de Santo Agostinho (LAFAYETTE et al., 2003). No Horto Dois Irmãos o processo erosivo ocorreu em um talude de corte para implantação de uma área de lazer denominada Cidade da Criança. Para a concepção do projeto de recuperação foram realizados estudos geotécnicos através de ensaios de laboratório e de campo e análises de estabilidade com várias configurações propostas para a geometria do talude. A solução adotada 8 consistiu na recomposição das áreas erodidas, proteção vegetal e implantação de sistema de drenagem adequado. A Figura 4.7 mostra uma visão geral do talude e aspectos da solução adotada. Figura 4. 7 - Erosão no Horto Dois Irmãos. COUTINHO et al., (1999). O processo erosivo instalado na Estação Ecológica de Caetés teve início quando da tentativa de execução de uma estrada de acesso onde ia ser implantado um aterro sanitário. A obra foi embargada e abandonada sem a devida proteção contra processos erosivos (FUCALE et al., 2001). A recuperação da área constou de três ações: regularização das superfícies desgastadas, plantação de gramíneas nas superfícies regularizadas e construção de canaletas nas cristas e pés dos cortes (Figura 4.8). No leito da estrada abandonada foi proposto o uso de pequenas barragens vertedouras, transversais ao eixo da estrada. A avaliação da erosão no Parque Metropolitano Armando de Holanda Cavalcante teve como objetivo relacionar as propriedades físicas obtidas em ensaios com a erodibilidade dos solos. O problema de erosão na área é relativamente grave, registrando-se a ocorrência de ravinas e voçorocas (LAFAYETTE et al., 2003). Foram realizados ensaios de caracterização em amostras amolgadas e ensaios Pinhole, desagregação e dispersão. A Figura 4.9 apresenta um perfil do solo e o resultado do ensaio Pinhole. Figura 4.8 - Seção transversal da encosta. FUCALE et al. (2001 ). 9 Os resultados dos ensaios de caracterização mostraram a presença de argila de baixa plasticidade (CL) e areia argilosa (SC) nos solos superficiais. Na classificação MCT o solo foi classificado como pertencente ao grupo NS' (solos de comportamento não laterítico argiloso), o qual se caracteriza por ter alta erodibilidade. Verificou-se que o mineral predominante é a caulinita. No ensaio Pinhole verificou-se que ocorreu erosão mecânica, porém não houve dispersão. A curva vazão x gradiente hidráulico a vazão da curva inicial é maior que a curva de retorno indicando que houve um aumento no diâmetro do furo. No ensaio de desagregação amostra se desagregou totalmente após a imersão. Em relação à dispersão verificou-se que apesar da desagregação o mesmo não apresentou dispersão. LAFAYETTE et al. (2003) relacionando os resultados obtidos nos ensaios concluíram que a metodologia MCT mostrou-se promissora na avaliação da erodibilidade e que os ensaios de desagregação podem ser utilizados como critério inicial para avaliação da erodibilidade, em função da sua simplicidade. Os ensaios de dispersão e Pinhole apresentaram resultados compatíveis entre si, visto que em ambos o solo analisado foi classificado como não dispersivo. Figura 4.9 - Estudo da erosão no Parque Metropolitano Armando de Holanda Cavalcante - Perfil e resultado de ensaio Pinhole. LAFAYETTE et al. (2003). 3.6. Erosão Costeira A erosão costeira compreende um somatório de processos que provocam o recuo da linha de costa Resulta da ação de ondas e correntes sobre o material que está na costa, podendo ter elevado poder de destruição. Os problemas de erosão costeira têm se agravado em função da falta de planejamento do uso do solo na zona costeira, do desequilíbrio no balanço sedimentológico (redução do volume de sedimento proveniente do continente através dos rios) e pela gradual elevação do nível do mar. Os mecanismos de recuo na linha de costa no litoral leste do RIO Grande do Norte são descritos por SANTOS JR et al. (2001a) SANTOS JR et al. (2001b) e SANTOS JR et al. (2004). De forma resumida, esses mecanismos podem ser descritos da seguinte maneira: a região é formada por falésias da Formação Barreiras, as quais consistem de taludes com altura variando de 20 a 40 metros de altura e inclinação próximo da vertical. Os materiais que formam a encosta podem ser divididos em dois tipos, um superior consistindo de areia argilosa ou siltosa de cor vermelha; outro na base compreendendo areias siltosas variegadas. A parte inferior é submetida à ação das ondas nas marés mais altas, o que provoca a formação de uma incisão no pé da falésia. O passo seguinte é a queda do material da 10 parte superior. A esse mecanismo se soma a ação das chuvas na parte superior que provoca que perda de resistência do material e leva rupturas, muito freqüentes nos meses de maio a julho. A Figura 4.10 ilustra o mecanismo descrito. 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANJOS, C.A.M; CARVALHO, J.B.Q. (1997): Análise da estabilidade de encostas em Maceió, Brasil. Anais 2" Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas, Rio de Janeiro, v. 1, p. 593- 599. ANJOS, C.A.M; CERRI, L.E.S.; GANDOLFI, N. (1997): Situações de risco e medidas de prevenção de acidentes em encostas ocupadas na Cidade de Maceió. 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