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RELATÓRIO DE PROJETO DE PESQUISA
Nome do Projeto: Análise da Estabilidade de Encostas no Município de Tubarão
Protocolo: (???)
Nome do(a) Proponente ou Orientador(a):. Rafael Augusto dos Reis Higashi

Nome do(a) Bolsista: Marcelo Heidemann

Campus/Unidade: Tubarão
Data do Relatório: 13/09/2008
Tipo do Projeto: Artigo 170 pesquisa
1. Introdução
A ocupação das cidades brasileiras vem se realizando na grande maioria dos casos de forma desordenada. Desta maneira, áreas inaptas para a ocupação urbana são utilizadas sem nenhuma precaução que vise evitar acidentes e impactos ambientais na região.

O município de Tubarão vive um momento de aumento de sua população e conseqüentemente de áreas ocupadas para a habitação, enquanto que parte da população se estabelece em áreas aptas para a ocupação, a parcela da população caracterizada como de baixa renda vê-se obrigada a se estabelecer em áreas menos “valorizadas” de forma irregular e desordenada. Com o continuo aumento da ocupação, as áreas que se tornam alvos da ocupação desordenada são aquelas localizadas em encostas de morros e em cotas elevadas e é justamente nestas áreas que o planejamento da ocupação se faz mais necessário, pela susceptibilidade à instabilidades que estas apresentam.

A instabilidade dos solos destas áreas e conseqüente cisalhamento deste são os principais responsáveis por deslizamentos de terra, rompimentos de taludes e quedas de barreiras, fatos que repercutem na sociedade, já que põe em risco a vida de vários indivíduos, muitas vezes causando mortes, além de trazer danos ambientais à região.

A estabilidade de encostas é regida por fatores como os parâmetros de resistência do solo, geometria do talude, pressões de água no maciço, peso do talude, empuxos de terra, distribuição das descontinuidades no maciço, estado de tensões internas no maciço, método executivo considerado, entre outros;

O cisalhamento dos solos é decorrência de vários fatores como:

- aumento da pressão aplicada sobre o solo, resultado de construções edificadas sobre estes;

- queda da sucção matricial que se dá pela progressiva saturação do solo, sucção esta que confere estabilidade aos solos e é reduzida devido a elevadas precipitações de chuva;

O objetivo desta pesquisa foi estudar os solos do município de Tubarão, determinando parâmetros que possam descrever o desempenho destes em relação ao fenômeno do cisalhamento.

A realização de tal estudo se faz necessária na cidade de Tubarão, já que esta ainda possui suas elevações e encostas pouco habitadas, o que permite que se ordene a ocupação destas áreas evitando assim possíveis acidentes e problemas ambientais decorrentes deste processo.
2. Objetivos
2.1 Objetivo Geral

Estudar os solos do município de Tubarão, avaliando os parâmetros que regem seu comportamento no que tange a resistência ao cisalhamento, assim como, avaliar a susceptibilidade a deslizamento de encostas à que estão expostas estas áreas estudadas, a fim de contribuir para o ordenamento urbano do município de Tubarão.


2.2 Objetivos Específicos

- Identificar elevações que apresentem solos potencialmente susceptíveis à deslizamentos;

- Coletar amostras indeformadas dos solos em determinadas áreas do município;

- Realizar ensaios de cisalhamento direto, em estado natural e inundado e ensaios de caracterização física, para os solos coletados.

- Identificar solos sujeitos à deslizamento, criando um mapa em SIG com estas informações
3. Material e Métodos
O estudo foi realizado por meio da coleta de amostras de solo indeformadas que são submetidas a ensaios de cisalhamento direto.

Esta escolha se deu já que os ensaios de cisalhamento direto, por serem mais repetitivos e de fácil execução, possibilitam um maior número de amostragens e ensaios.

Para tal foram fixados pontos de estudo no perímetro municipal. Para cada ponto de estudo foram coletadas amostras de solo para serem ensaiadas em duas condições de umidade distintas; 4 amostras ensaiadas na condição natural e 4 na condição inundada, com diferentes pressões de consolidação (de 50 a 250kPa).

Através deste ensaio determina-se a resistência destes solos ao cisalhamento que se dá pela identificação dos parâmetros de resistência mesmo. A coesão entre as partículas de solo é expressa por “c” enquanto que o ângulo de atrito entre as partículas é descrito por (φ).

O ensaio consiste em submeter uma amostra indeformada de solo, confinada em uma célula à tensões perpendiculares que produzem o cisalhamento da amostra em duas partes por decorrência do surgimento de uma superfície de ruptura no centro da amostra, e a uma tensão normal perpendicular a tensão cisalhante que simula as cargas aplicadas sobre o solo. Este procedimento simula a condição em que se dá a ruptura dos solos na natureza.

O ensaio é realizado com o solo em teor de umidade natural e em estado inundado, através da saturação da amostra.

O ensaio em condição inundada gera valores para coesão muito inferiores àqueles obtidos em condição de umidade natural. Isto se dá pela ação da água que ao saturar o solo extingue a sucção matricial que é uma pressão negativa ocorrente no interior deste, eliminando a coesão que esta pressão conferia as partículas de solo.

O resultado deste ensaio é expresso por meio de um gráfico que relaciona deformação horizontal versus tensão cisalhante e outro que apresenta deformação horizontal x deformação vertical. Para cada nível de tensão normal aplicada é gerada uma curva nestes gráficos. O conjunto de curvas apresentado no primeiro gráfico permite traçar a trajetória de tensões que torna possível a determinação da coesão (c) e ângulo de atrito (φ).

Os dados obtidos foram inseridos em um Sistema de Informações Geográficas (SIG), conforme metodologia de Higashi e Davison Dias (2003), gerando mapas de caracterização da área e a identificação das encostas estudadas. Foram também realizadas interações entre as declividades e espessuras de horizontes com base em um Modelo Digital do Terreno (MDT).

Indexado a este mapeamento estão os dados referentes a valores de coesão e ângulo de atrito, considerados os parâmetros de resistência mais importantes para a execução de estruturas civis.


4. Resultados:
O ponto de estudo 01, localizado no bairro Congonhas apresentou coesão de 15,3 Kpa para o estado natural e 11,0 KPa para a condição inundada. Os valores de ângulo de atrito encontrados foram 44,5º e 32,1º, para condição natural e inundada, respectivamente. Observa-se que praticamente não houve diminuição de seus valores de coesão, com uma redução de aproximadamente 28%.

O ponto de estudo 03 encontra-se também no bairro Congonhas. Para tal, os valores de coesão foram 33,43 Kpa para condição natural, e 3,58 para condição inundada. Já o ângulo de atrito apresentou uma variação de 44,5º (natural) para 32,1º (inundado).

O ponto de estudo 04, localizado também no bairro Congonhas, apresentou 104,13 KPa de coesão natural, um valor considerado muito elevado, mesmo para um solo residual de granito. Este alto valor pode ser explicado pela sua grande fração de argila e silte, com 40,06% e 23,01%, respectivamente. Notou-se que a maioria das amostras apresentou uma relação direta entre elevados teores de argila e silte com coesões mais altas. O ângulo de atrito, natural e inundado, atingiu valores de 46,1º e 35,1º respectivamente.

O ponto 05 localizado no bairro Fábio Silva teve como resultado, para valor de coesão 36,15 KPa, em estado natural, e 12,99 KPa em estado inundado, com valores de ângulo de atrito de 36,6º e 38,7º

O ponto 06, localizado no bairro São Bernardo, apresentou uma redução nos valores de Cr, tanto na condição natural quanto na inundada, assumindo valores de 47,89 e 0kPa, respectivamente. Seu ângulo de atrito residual é maior que o apresentado para as tensões máximas, onde na condição natural é de 34º e inundada 42,6º.

A menor coesão natural encontrada de 8,62 KPa foi obtida para o ponto 07 (bairro Humaitá de Cima) devido à influência de sua granulometria, apresentando 42,9% de areia e 48,51% de silte, o que impõe a este tipo de solo características arenosas.

O ponto 08 apresentou valor de coesão de 37,31 Kpa (natural) e 11,84 KPa (inundado). O valor de ângulo de atrito apresentou pouca queda passando de 24,3º (natural) para 23,2º (inundado).

Para o ponto 09 tem-se valor de coesão natural e inundada de 17,24 KPa e 10,95 KPa, e de ângulo de atrito de 42,9º e 31,6º, respectivamente.

O ponto 11 tem valores de coesão natural e inundada de 39,90 KPa e 7,30 KPa, enquanto o ângulo de atrito alcançou 38,9º e 33,7º.

De forma geral percebe-se que com a inundação dos corpos de prova, há decréscimos consideráveis nos valores de coesão. Como exemplo, tem-se o ponto de estudo 06, que mesmo apresentando elevada coesão quando ensaiado na condição natural, após inundação apresenta coesão igual a zero, demonstrando a fragilidade da estrutura deste tipo de solo.

Além do ponto 06, os pontos 07 e 03 apresentaram os menores valores de coesão inundada com 1,36 e 3,58kPa, respectivamente.

Entretanto, considerando-se que a instabilidade estrutural de um solo pode ser representada por uma queda de resistência com a inundação do mesmo, os pontos 03, 04 e 07 foram os que apresentaram maiores decréscimos percentuais da coesão natural, sendo reduzidos 89,3%, 87,1% e 84,2%, respectivamente.

Verifica-se ainda uma pequena variação, geralmente para valores mais baixos, dos resultados obtidos de coesão, determinados através de análises com deformações máximas de 5%, quando comparadas à coesão do solo obtida através dos valores máximos de tensão cisalhante.

Quanto à resistência residual, os valores de coesão e ângulo de atrito dos pontos 01 e 07 não apresentaram mudanças por não exibirem picos de resistência. O ponto 05 mostrou alterações pouco significativas apenas na situação natural, com aumento do valor de ângulo de atrito residual () igual a 37,5º e redução da coesão residual (Cr) igual a 28kPa.


5. Conclusões
Pode-se concluir que devido ao fato de a mancha urbana do município estar localizada quase em sua totalidade em uma planície de formação sedimentar, as elevações ainda encontram-se pouco ocupadas. Existem algumas áreas onde a ocupação ainda não esta sendo realizada, tornando mais simples o processo de ordenação destes locais.

De forma geral, os valores relativos à resistência ao cisalhamento dos solos do município de Tubarão apresentaram grande perda da coesão com a inundação dos corpos de prova. Se comparado aos valores apresentados por Higashi (2006) para a região da grande Florianópolis, os solos de Tubarão apresentam baixa resistência.

Estes valores alertam para uma maior atenção em relação ao uso e ocupação das encostas formadas por estes tipos de solos, principalmente a grandes declividades, que podem ser detectadas por meio de modelos digitais do terreno e mapa de declividades. Assim, em todos estes solos é necessário um estudo que preceda a ocupação, sobretudo para aqueles que apresentaram altos valores de queda de coesão.

A estrutura oferecida pela instituição permitiu a realização dos ensaios previstos no projeto. Entretanto, alguns ensaios complementares foram realizados em outros laboratórios, a fim de obter-se uma maior quantidade de dados.



Para futuras pesquisas, sugere-se o estudo de um maior número de pontos, procurando identificar zonas de transição do comportamento dos solos.
6. Referências
HIGASHI, R. A. R. Metodologia de Uso e Ocupação de Solos de Cidades Costeiras Brasileiras Através de SIG com Base no Comportamento Geotécnico e Ambiental. Tese de Doutorado. Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil. 2006, 486p.
HIGASHI, R. R. ; DIAS, Regina Davison . Potentialities of a Geotechnical Database in a GIS Enviromental of the Northern Part of Rio Grande do Sul State - Brazil. In: SOIL AND ROCK AMERICA 2003 - 12th Panamerican Conference On Soil Mechanics and Geotechnical Engineering / 39th U. S. Rock Mechanics Symposium, 2003, Cambridge, Massachucetts - USA. 12th Panamerican Conference On Soil Mechanics and Geotechnical Engineering / 39th U. S. Rock Mechanics Symposium. Cloppenburg : Verlag Gluckauf Essen GmbH, 2003. v. 1. p. 73-80.
HIGASHI, R. R.; DAVISON DIAS R. Mapeamento Geoambiental do Município de Tubarão visando Disposição de Resíduos. In: V CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOTECNIA AMBIENTAL - REGEO`2003, Porto Alegre, RS, 2003a.

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