Caractersticas Geotcnicas de Solos Tropicais
De acordo com os termos geotcnicos definiu-se os solos tropicais
como sendo aqueles que recobrem o substrato rochoso em localidades
que possuem clima tropical. Muitas vezes o termo solo residual
tropical ou, simplesmente, solo residual tambm utilizado, pelo fato
da maioria dessas formaes ser o produto do intemperismo de uma
rocha matriz. A formao do perfil de intemperismo envolve os
processos fsicos, qumicos e biolgicos ao longo do tempo. Fatores
ambientais e geomorfolgicos, tais como: clima, vegetao, topografia
e rocha matriz influenciam na espessura do perfil. Estes fatores
citados acima influenciam no s na formao dos solos residuais, eles
tambm influenciam na formao de solos coluvionares ou outra formao
de solo transportado que foram submetidas ao do intemperismo em
ambientes tropicais. Geneticamente se considera como sendo solo
residual todo aquele que apresente caractersticas mineralgicas e
estruturais da rocha matriz. O solo coluvionar, ou colvio, o
material decorrente de um depsito composto por blocos ou gros de
qualquer dimenso e um material transportado, principalmente, por
gravidade e acumulados no sop ou a pequena distncia de taludes mais
ngremes ou escarpas rochosas.
Perfil de Intemperismo em Regies Tropicais Em funo da atuao dos
processos fsicos, qumicos e biolgicos sobre a rocha, alguns autores
buscaram estabelecer perfis de intemperismo para regies tropicais.
Nessas regies, comum a existncia de materiais completamente
decompostos e podem apresentar pouca ou nenhuma relao com a rocha
matriz ou at blocos de rocha alterada a s, imersa em uma matriz de
solo. Segundo alguns estudos efetuados por Vargas (1971), que
definiu para engenharia alguns indicativos para a compreenso do
resultado do intemperismo sofrido pelas rochas:
* Resistncia de determinados fragmentos de rochas; * Observao de
cristais de quartzo que resistiram aos processos de intemperismo;;
* Presena de argilas provenientes de minerais de feldspato e mica;
* Presena de minerais e ou substncias precipitadas que possam
alterar as propriedades do solo, como a gibsita e limonita por
exemplo. No caso das rochas metamrficas observaram-se aspectos de
intemperismo diferencial no qual resultou em blocos de rocha s
emersos na matriz de solo e que possuam resistncia ao cisalhamento
relativamente baixa. Nestes casos possvel a ocorrncia de
deslizamentos de placas de rochas, quando a resistncia do material
decomposto no mais consegue suportar o estado de tenses atuante. As
ocorrncias de estruturas nas rochas tambm determinam o
comportamento da massa de solo residual, uma vez que planos de
fraturas, foliaes e falhas podem gerar zonas de fraqueza na mesma.
No Brasil, num aspecto geral segundo a viso da engenharia,
constituem-se perfis tpicos de solos residuais, tais como: a)
rochas granticas ou metamrficas que ocorrem ao longo da Serra do
Mar. As rochas gneas e metamrficas brasileiras tm o quartzo, o
feldspato e a mica como principais constituintes; b) rochas
baslticas e arenitos que ocorrem no planalto sul - brasileiro; c)
rochas sedimentares que ocorrem no planalto do interior. Os perfis
no so determinados apenas pela origem das rochas, mas tambm dos
minerais resultantes do intemperismo, permeabilidade e porosidade
do solo em questo. Para solos coluvionares e residuais definiu-se
perfis de intemperismo tpico (figura 1) e admitem que as
propriedades dos solos como porosidade, permeabilidade e
mineralogia variam com a profundidade. Uma caracterstica que indica
os limites entre as camadas de solo coluvionar e solo residual, em
campo, a presena de linhas de seixos, nem sempre presente.
Figura 1: Perfil de Intemperismo
Fonte: Cruz (1987).
Ainda em se tratando de rochas metamrficas, definiu-se que a
presena de planos de foliao reliquiares ou juntas contribuem para
os deslizamentos ao longos desses planos. Os perfis de formao de
solos em encostas (figura 2), evidenciam a influncia das condies de
clima, rocha de origem, topografia e drenagem na
formao dos solos. A espessura de cada camada ao longo da encosta
determinada pela combinao dos fatores ambientais associados ao
intemperismo local sofrido pela encosta. A exemplo, o perfil
apresentado representa as encostas da Serra do Mar: formao de solo
saproltico em encosta tpico de regies tropicais midas; perfil de
alterao de rochas gneas, com grau de alterao variando com a
profundidade e existncia de juntas e estruturas reliquiares; perfil
de solo bem desenvolvido acima e abaixo da encosta, tpico de regies
midas; manto de alterao antigo com depsitos de tlus e colvio.
Figura 2: Exemplos do processo de formao de solos em
encostas.
Fonte: Fookes (1997).
Estruturas e mineralogia de solos residuais
Nos perfis de solos tropicais as variaes mineralgicas e
estruturais so mantidas, e so as mesmas vistas em campo; tais
aspectos influenciaro nas propriedades fsicas do solos no que tange
o comportamento mecnico e hidrulico dos mesmos.
Nas pores superficiais dos solos tropicais so as presenas de
precipitados de xido de ferro e alumnio, assim como a argila
caulinita (principal argilo-mineral do grupo das argilas) e muitas
vezes a ltima ocorre revestida por xidos. Esses xidos presentes no
solo podem acarretar na formao de estruturas porosas que se
caracterizam por agregados de partculas que podem ser facilmente
destrudas (dependendo do grau de cimentao). Nestas condies, solos
finos, predominantemente argilosos, tendem a comportar-se como um
solo arenoso e menos plstico no seu estado natural, com elevada
permeabilidade e parmetros de resistncia semelhantes a solos
arenosos. As camadas subjacentes de solos residuais jovens ou
saprolticos so caracterizadas por apresentar mineralogia e
estrutura complexas, as quais variaro com o tipo de rocha matriz. A
frao grossa desses solos, especialmente quando originados de rochas
cidas (gneas e metamrficas), tem sua mineralogia constituda,
basicamente, de quartzo, feldspatos, micas e fragmentos de rocha,
com propores variando de acordo com o tipo de rocha e o grau do
intemperismo. Na frao silte os minerais existentes so, praticamente
os mesmos encontrados na frao grossa, acrescentando ainda a
caulinita, geralmente associada a outros minerais, como micas e
haloisitas. Na frao argila, alm da caulinita, comum a existncia de
ilitas e, algumas vezes, argilas do grupo das esmectitas.
Resistncia ao Cisalhamento de Solos Tropicais A mineralogia, os
aspectos estruturais e as condies de saturao podem influenciar na
resistncia desses solos; essa influncia ir depender do grau de
intemperismo, do nvel de estruturas do solo e da rocha matriz.
deixando o material com aspecto consolidado. Na mecnica das rochas,
a coeso muito elevada e a resistncia ser dominada pela resistncia
das fissuras. Na mecnica dos solos a resistncia ser quase
friccional, com uma pequena componente relativa dilatncia. Estes
dois O intemperismo afeta tanto estes aspectos em funo de casos
onde o mesmo provoca litificao,
aspectos citados podem ocorrer conjuntamente, o que pode ocorrer
com freqncia em solos tropicais. Em casos nos quais os horizontes
superficiais so constitudos por solos coluvionares ou formaes
residuais, como exemplo os solos de granito, pode ocorrer mataces
imersos em uma matriz de solo. Para casos como estes, a resistncia
do solo ser dominada pela matriz do mesmo; no entanto, em solos
saprolticos que possuem estruturas provenientes da rocha matriz o
seu comportamento ser determinado por tais feies. Quando ocorre a
ausncia de argilas expansivas nas camadas de solos superficiais e a
ocorrncia de xidos e ferro e alumnio, estes ltimos iro contribuir
para a resistncia aos cisalhamento do solo, atuando no aumento da
coeso e do ngulo de atrito. Nas camadas de solos residuais a
mineralogia tende a influenciar de forma mais significativa na
resistncia.
Movimento de Massa em Solos Residuais e Coluvionares
Este captulo trata dos movimentos de massa em solos residuais e
coluvionares, nos quais se tornaram grande objeto de estudos em
funo da quantidade de eventos ocorridos no Brasil e possuindo
exemplos clssicos de estudos no litoral do Estado de So Paulo,
principalmente em Santos e Cubato (1939). No ano de 1939
documentou-se o primeiro evento de escorregamento na Serra de
Cubato, aos fundos da Usina Hidreltrica da empresa Light. Tais
movimentaes mostraram-se bastante intensas e a partir da muitos
estudos geotcnicos foram feitos cerca do problema a fim de se
determinar as causas e as caractersticas dos macios instabilizados.
Alm de se determinar as caractersticas geotcnicas dos macios,
deve-se acrescentar o estudo do comportamento do talude
geomorfologia, condies de estabilidade, e projetos de medidas para
conteno dos mesmos.
Contudo, para determinar o comportamento de um talude nessas
condies deve-se: identificar e classificao dos vrios tipos de
movimentos de massas que podem ocorrer no talude, sua morfologia,
seus aspectos geolgicos, a velocidade do movimento e as suas causas
de instabilizao; classificar e descrever de maneira precisa os
materiais envolvidos no movimento e determinao das propriedades
relevantes ao objetivo do estudo; efetuar a anlise da estabilidade
do talude onde deve-se considerar o tipo de movimentao e as
propriedades dos materiais; correlacionar as observaes de campo com
os resultados da anlise de estabilidade.
Identificao e classificao dos movimentos de massa
Muitos autores selecionaram alguns critrios para determinar os
movimentos de massa baseados: a) Natureza do material instabilizado
(solo, rocha, detritos, depsitos, etc.) e suas caractersticas
(textura, estrutura e quantidade de gua);b) Velocidade, direo e
recorrncia dos deslocamentos; c) Geometria das massas em movimento;
d) Modalidade de deformao do movimento.
Autores como Augusto Filho (1992), Vargas (1999), entre outros,
relacionaram as caractersticas dos movimentos de massa e suas
movimentaes em funo do material envolvido e na geometria de
encosta. Foram determinados e utilizados quatro tipos de movimentos
de massa: rastejo (creep), escorregamentos, quedas e corridas
(flows).
Os rastejos so caracterizados por movimentos lentos e contnuos
de material de encostas com limites geralmente indefinidos e neste
caso podem envolver grandes massas de solo, onde no h distino entre
material em movimento e material estvel. Foram definidos dois tipos
de rastejos: o sazonal e o contnuo. O modo sazonal definido em funo
da variao da umidade e da temperatura do solo ou rocha
superficiais; trata-se de movimentos de contrao e expanso da massa
na qual atinge profundidades limitadas por estas variaes. J o
rastejo contnuo ocorre em funo da gravidade e abaixo da zona de
variao sazonal e atinge maiores profundidades, diferentemente do
rastejo sazonal. Pode-se considerar que os escorregamentos so
caracterizados pela formao de superfcies de ruptura bem definidas
onde se concentram as tenses cisalhantes. Eles ocorrem quando a
relao entre a resistncia ao cisalhamento do material e a tenso de
cisalhamento na superfcie potencial de movimentao decresce at
atingir uma unidade, no momento dos escorregamentos quando a fora
gravitacional vence o atrito interno das partculas que so
responsveis pela estabilidade, fazendo com que o material
escorregue talude abaixo. Os escorregamentos so divididos em
rotacionais e translacionais, dependendo da forma da superfcie de
deslizamento: Os movimentos rotacionais so caracterizados por
superfcies de ruptura curva, por isso tambm so determinados como
circulares.
So divididos em rotacionais ou translacionais, dependendo da
forma da superfcie de deslizamento. Nos deslizamentos rotacionais,
uma parte do material que forma o talude desliza, sem sofrer
distoro, ao longo de uma superfcie bem definida que apresenta forma
cncava. Os escorregamentos translacionais ocorrem ao longo de
planos de estratificao, falhas, fraturas ou contatos geolgicos
aproximadamente paralelos superfcie do talude, de forma que o
movimento da massa deslizante essencialmente de translao. A
diferena entre o escorregamento rotacional e translacional no est
apenas na forma da superfcie de ruptura, mas no sistema de foras
atuantes. No deslizamento rotacional, o sistema de foras que inicia
a instabilizao diminui com o aumento das deformaes. Isso se
verifica no tombamento da parte posterior da massa que desliza, em
direo oposta ao movimento. No caso dos deslizamentos
translacionais, o sistema de foras que provoca a ruptura permanece
constante. A queda de massas um processo de movimento que envolve
essencialmente material rochoso de vrias litologias e dimenses:
lascas, placas ou blocos. Pode ser classificada em: queda de
blocos: o material se destaca da encosta e se desloca em queda
livre; tombamento de blocos: h uma rotao dos blocos devido a
condicionantes geolgicos, sistema de falhas ou juntas com mergulho
desfavorvel estabilidade da encosta; rolamento de blocos:
corresponde ao movimento de mataces ao longo de uma superfcie
inclinada, devido perda de apoio; desplacamento: consiste no
desprendimento de placas ou lascas da encosta devido a variaes
trmicas ou por alvio de tenses. O desprendimento pode ocorrer em
queda livre ou por deslizamento em superfcie inclinada. A corrida
definida por GUIDICINI & NIEBLE (1974) como escoamento rpido
caracterizado pela hidrodinmica, em que o material (solo, rocha ou
detritos) perde o atrito interno, devido destruio da estrutura, em
presena de excesso de gua. Na literatura encontram-se diferentes
denominaes para esse tipo de movimento.
Dependendo das caractersticas do material envolvido, quantidade
de gua e das velocidades de deslocamento do processo, utilizam-se
termos como (INFANTI JR & FORNASARI FILHO, 1998): corrida de
lama (mud flow): consistindo de solo com alto teor de umidade;
corrida de terra (earth flow): tem como material predominante o
solo, mas com teor menor de umidade; corrida de detritos (debris
flow): envolve uma mistura de vrios materiais como: fragmentos de
rocha de vrias dimenses, solo, restos vegetais e outros. No Brasil,
houve ocorrncias deste tipo de movimento em encostas relatados por
VARGAS (1999), WOLLE (1998), MASSAD et al (1992), KANJI (2001),
AZAMBUJA (2001), e GRAMANI (2001). CARREG (1996) apresentou uma
reviso dos movimentos de encostas em solos tropicais, relacionando
o mecanismo atuante com as caractersticas do material atravs da
posio no perfil de intemperismo, do conhecimento de sua constituio
e permeabilidade, como mostra a Tabela 2.4. A rede de fluxo foi
considerada em alguns casos e ser discutida no item 2.2.3.
Relao entre os mecanismos de instabilizao e perfil de
intemperismo em ambiente tropical (CARREG, 1996).
LEROUEIL (2001) dividiu os movimentos de massa em encostas em
estgios, onde os critrios utilizados levam em conta o comportamento
tenso-deformao-tempo dos solos e aspectos mecnicos. O movimento foi
dividido nos seguintes estgios: pr-ruptura, ruptura, ps-ruptura,
reativao e deslizamento ativado, ilustrados na Figura 2.18. A
pr-ruptura inclui o processo de deformao que evolui at ruptura.
Nesta fase, a massa de solo est essencialmente sobre-adensada,
intacta e contnua. Esse estgio caracterizado por baixas
velocidades, controlado principalmente pelos fenmenos de ruptura
progressiva e fluncia. Ao se aproximar da ruptura, a velocidade
aumenta, devido propagao da zona de cisalhamento na massa de solo.
A durao desse estgio depende das caractersticas do solo e do estado
de tenses iniciais, que pode ser extremamente varivel. A ruptura
caracterizada pela formao de uma zona ou superfcie de
cisalhamento.
Neste estgio, as foras resistentes tornam-se iguais s foras
cisalhantes. O processo de ruptura complexo e resultante de uma
combinao de vrios fatores, caracterizado pela envoltria de tenses
efetivas. A ruptura influenciada pelos efeitos de velocidade de
deformao, ruptura progressiva e descontinuidades. A ps-ruptura
descreve o movimento de massa de solo ou de rocha envolvida no
deslizamento, logo aps a ruptura. Este estgio caracterizado pelo
aumento na velocidade seguido por um progressivo decrscimo na massa
de solo mobilizada. O comportamento do material depende da
redistribuio da energia potencial requerida na ruptura, que se
divide em energia de frico, energia de desagregao e energia
cintica. A durao desse estgio depende das caractersticas mecnicas
dos materiais envolvidos e geometria da encosta. A reativao
descreve o deslizamento de uma massa de solo ao longo de uma ou
vrias superfcies de ruptura pr-existentes. Este estgio controlado
pelo comportamento de atrito do solo aps grandes deslocamentos
(resistncia residual). A reativao pode ser ocasional ou contnua,
com variaes sazonais de velocidade de movimento. Segundo LACERDA
(2002) os colvios com espessura superior a 5 metros que ocupam
depresses de vales e encontram-se permanentemente saturados so os
mais preocupantes, sob o ponto de vista da geotecnia. Os colvios
situados acima do lenol fretico possuem resistncia devido suco e a
sua estrutura os mantm estveis mesmo em situaes de inclinao
acentuada. A geomorfologia de massas coluviais foi descrita por
LACERDA (1985). As
encostas podem apresentar linhas de cumeada normais direo do
vale principal, nos quais as espessuras so mnimas. Os colvios se
depositam nos talvegues atravs, principalmente, de escorregamentos
de capas superficiais alteradas. Tais deslizamentos so observados
nas regies Sul e Sudeste, formados por rochas granito-gnissicas. A
Figura 2.19 apresenta os tipos de taludes em bacia hidrogrfica e os
tipos de massas coluviais que se acumulam nos talvegues. O perfil
AA apresenta a variao
da espessura do colvio preenchendo antigas depresses de solo
residual. O perfil BB mostra como a espessura do colvio aumenta a
partir da escarpa rochosa at atingir o vale, geralmente,
apresentando forma elptica. No perfil CC os colvios se depositam
sobre solos coluvionares, este caso comum em regies costeiras ou
rios (LACERDA, 2000). LACERDA & DINIZ (2001) realizaram
retro-anlises para analisar a influncia do confinamento da massa
coluvionar na resistncia ao cisalhamento lateral para seo
transversal de forma elptica. As dimenses de massas coluviais
envolvidas em algum evento de instabilizao foram compiladas por
LACERDA (2000), como mostra a Tabela 2.5. A forma da massa
coluvionar quando observada em planta assemelha-se a uma lngua, por
isso muitas vezes so referenciadas como lngua coluvial. SAYO (2001)
avaliou por meio de estatstica a influncia de vrios fatores que
afetam a anlise de estabilidade de taludes, concluiu que, para
taludes de inclinao inferior a 20o, com nvel do lenol fretico
elevado, o rebaixamento do lenol a soluo mais apropriada para
estabilizar taludes.
Geomorfologia dos colvios (LACERDA, 1985). As dimenses de massas
coluviais envolvidas em algum evento de instabilizao foram
compiladas por LACERDA (2000), como mostra a Tabela 2.5. A forma da
massa coluvionar quando observada em planta assemelha-se a uma
lngua, por isso muitas vezes so referenciadas como lngua coluvial.
SAYO (2001) avaliou por meio de estatstica a influncia de vrios
fatores que afetam a anlise de estabilidade de taludes, concluiu
que, para taludes de inclinao inferior a 20o, com nvel do lenol
fretico elevado, o rebaixamento do lenol a soluo mais apropriada
para estabilizar taludes.
Geometria das massas coluviais tpicas do sudeste brasileiro
(LACERDA, 2000).
Fatores condicionantes de instabilidade de encostas
O processo de instabilizao de encostas provocado por vrios
fatores associados geologia, geomorfologia e hidrogeologia da rea e
ao antrpica. TERZAGHI (1950) dividiu as causas das instabilizaes de
taludes em externas e internas. As causas externas so aquelas que
provocam aumento nas tenses cisalhantes ao longo da superfcie
potencial de ruptura, enquanto que as causas internas provocam a
diminuio da resistncia ao cisalhamento do solo. So exemplos de
causas externas a sobrecarga na parte superior do talude, escavao
no p, o efeito de vibraes entre outros. Com relao s causas
internas, os exemplos mais estudados so a perda de resistncia pela
ao do intemperismo e a elevao da poro-presso na superfcie de
ruptura. Os principais fatores condicionantes e as caractersticas
que contribuem para os movimentos de massa so apresentados por
CRUDEN & VARNES (1996) divididos em quatro grupos: causas
geolgicas, morfolgicas, fsicas e humanas.
Algumas so pouco provveis de acontecer no Brasil. Entre as
causas morfolgicas pouco provveis esto: o levantamento tectnico ou
vulcnico, o alvio por degelo e a eroso glacial no p do talude.
Entre as causas fsicas pouco provveis pode-se citar: o derretimento
de neve, os terremotos, as erupes vulcnicas, o descongelamento e o
intemperismo por congelamento e descongelamento. AUGUSTO FILHO
& VIRGILI (1998) avaliaram os fatores condicionantes dos
escorregamentos e os processos associados descritos na literatura.
Apontaram como principais condicionantes para movimentos de massa
nas encostas brasileiras: caractersticas climticas, com destaque
para o regime pluviomtrico; caractersticas e distribuio dos
materiais que compem o substrato das encostas e taludes, abrangendo
solos, rochas, depsitos e estruturas geolgicas (xistosidade,
fraturas, etc.); caractersticas geomorfolgicas, com destaque para a
inclinao, amplitude e forma do perfil das encostas (retilneo,
convexo e cncavo); regime das guas de superfcie e sub-superfcie;
caractersticas do uso e ocupao, incluindo cobertura vegetal e as
diferentes formas de interveno antrpica das encostas, como cortes,
aterros, concentrao de gua pluvial e servida, etc.
