Relevância e Justificativa do Trabalho

Do ponto de vista da origem os solos podem ser residuais ou autóctones, transportados ou alotóctones e orgânicos. Independentemente da origem dos solos, um aspecto marcante no seu esqueleto estrutural e, por conseguinte no seu comportamento mecânico são as ligações entre as partículas.

Os modelos utilizados na Mecânica dos Solos Clássica foram desenvolvidos considerando que o comportamento dos solos depende essencialmente do índice de vazios (no caso de areias) e da história de tensões (em se tratando de solos argilosos). Entretanto, em várias partes do mundo e em particular no Brasil, é comum a existência de solos com ligações entre as partículas. Essa constatação tem levado ao desenvolvimento de pesquisas no sentido de compreender o comportamento desses solos e assim contribuir para a modelagem adequada a ser empregada na solução dos problemas de engenharia geotécnica.

O comportamento tensão-deformação, a rigidez e a resistência ao cisalhamento de solos estruturados variam com a magnitude e o tipo de ligação entre as partículas. O efeito da estrutura provocado pela cimentação assume maior importância sob baixos níveis de tensão, onde a coesão efetiva exerce uma importante função nas obras de terra, sobretudo na estabilidade superficial de taludes. É freqüente a existência de encostas e taludes de corte íngremes (quase verticais) cuja estabilidade é mantida pelas ligações entre partículas. No entanto, uma instabilização súbita pode ocorrer caso ocorra a quebra dessas ligações.

O conhecimento do comportamento e das variáveis que influenciam o comportamento de solos estruturados é importante em vários problemas tratados na Engenharia Geotécnica.

O Grupo de Engenharia Geotécnica de Encostas e Planícies da UFPE (GEGEP) vem desenvolvendo diversos estudos e projetos na área de erosão, movimentos de massa, recuperação de taludes de corte e encostas naturais e gestão de risco de

2 escorregamentos em áreas urbanas e encostas não ocupadas. Esta tese está dentro dessa linha de pesquisa e trata de um estudo experimental do comportamento de solos com cimentação natural e cimentação artificial, através da realização de atividades de campo em uma falésia da Formação Barreiras e ensaios de laboratório nos solos dessa falésia.

Através das atividades de campo identificaram-se os mecanismos naturais da dinâmica superficial atuantes na falésia e obtiveram-se subsídios para sua caracterização geológico-geotécnica. Em laboratório foram realizados ensaios físicos, químicos, mineralógicos dos solos que compõem o perfil geotécnico dessa falésia e ensaios triaxiais do tipo CID (consolidados isotropicamente drenados) em amostras com dimensões de dez centímetros de diâmetro e vinte centímetros de altura, com medidas de pequenas deformações internas com o uso de sensores de efeito Hall.

Foram analisados os aspectos tensão-deformação, resistência ao cisalhamento, rigidez e dilatância dos solos que compõem as camadas dessa falésia, com vistas a identificar a contribuição da cimentação do solo no comportamento da mesma.

Inicialmente realizou-se o estudo em amostras indeformadas do solo. Em seguida o estudo foi desenvolvido em amostras cimentadas artificialmente, com vistas a analisar o efeito da intensidade da cimentação sobre o comportamento mecânico dos solos. O solo empregado na pesquisa é de origem sedimentar da Formação Barreiras, tanto para os ensaios com cimentação artificial como para os ensaios realizados em amostras indeformadas e amostras compactadas sem cimento.

As amostras foram coletadas em uma falésia na Ponta do Pirambu localizada no município de Tibau do Sul na região costeira oriental do estado do Rio Grande do Norte, localizada sessenta quilômetros ao sul de Natal.

Estudos anteriores realizados na área de Tibau do Sul indicam que a cimentação entre as partículas desenvolve influência positiva na estabilidade de taludes que formam falésias (Silva, 2003; Santos Jr. et al., 2004c; Santos Jr. et al., 2005; Braga, 2005; Severo, 2005), no entanto a quantificação da influência da cimentação ainda necessitava de estudos mais detalhados. Portanto, espera-se com os resultados deste estudo apresentar dois tipos de contribuição. A primeira é de natureza científica, através

3 da compreensão do efeito das ligações entre as partículas no comportamento geomecânico de solos tropicais cimentados.

A segunda tem implicações regionais, uma vez que o solo da Formação Barreiras constitui-se em importante unidade geológica presente em todo o litoral nordestino e se estende do Amapá no litoral norte até o Rio de Janeiro no litoral leste, recobrindo depósitos sedimentares mesozóicos de diversas bacias costeiras. Assim, este trabalho se propõe a apresentar subsídios e contribuir para a solução de problemas de engenharia, como estabilidade de encostas, estabilidade de cortes e aterros, segurança em escavações e melhoramento de solos para fins de pavimentação e fundações.

1.2. Objetivos

1.2.1. Geral

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de realizar a caracterização geotécnica de uma falésia da Formação Barreiras na Ponta do Pirambu e estudar a influência da cimentação do solo no seu comportamento.

1.2.2. Específicos

Estudar o comportamento tensão±deformação de solos cimentados naturalmente e artificialmente: visa o estabelecimento de padrões de comportamento tensão±deformação de solos da Formação Barreiras com cimentação natural e cimentado artificialmente.

Estabelecer o comportamento dos solos da Formação Barreiras em função do fator vazios/cimento: visa identificar o efeito do grau de cimentação e do índice de vazios sobre a resistência ao cisalhamento.

Realizar sondagens a percussão, a trado e mista (SPT + rotativa) e instalar piezômetros na falésia para acompanhar o seu comportamento ao longo do tempo: visa identificar e interpretar os mecanismos envolvidos na fenomenologia de instabilização da encosta da Formação Barreiras na Ponta do Pirambu.

4 1.3. Organização da Tese

Esta tese é composta de oito capítulos, inicialmente um capítulo introdutório (Capítulo I) onde são apresentados os objetivos, a justificativa do trabalho e a organização da tese.

Uma revisão bibliográfica sobre solos cimentados é apresentada no Capítulo II, que aborda o comportamento de solos cimentados naturalmente e solos cimentados artificialmente, demonstrando que as ligações entre partículas são comuns em vários materiais de origem geológica como os solos duros e as rochas brandas. Analisa-se a influência do grau de cimentação e compactação, na rigidez, resistência mecânica e dilatância de diversos solos GHQRPLQDGRV³HVWUXWXUDGRV´.

No capítulo III é apresentada uma descrição geral da área de estudo, abordando tópicos sobre os sedimentos da Formação Barreiras, que é a principal unidade geológica dessa área; é feita a caracterização morfológica, geológico-geotécnica e mineralógica da área e são elencados e descritos os processos naturais da dinâmica das falésias na região de Tibau do Sul - RN. Além do mais, é apresentada a falésia estudada na Ponta do Pirambu.

O Capítulo IV apresenta o programa experimental e a metodologia das atividades de campo e de laboratório. São descritos os equipamentos desenvolvidos para a realização dos trabalhos, as calibrações realizadas nesses equipamentos e discutida a sistemática empregada para moldagem das amostras, montagem e execução dos ensaios triaxiais CID com medidas de pequenas deformações. É apresentado os resultados dos ensaios de compressão simples realizados durante a definição do programa experimental e mostrado ainda a caracterização física, química e mineralógica do cimento empregado na confecção dessas amostras, bem como as características de compactação do solo usado nos ensaios das amostras cimentadas artificialmente.

No Capítulo V são apresentados os resultados das atividades de campo como os perfis de umidade e de resistência à penetração expressa pelo Nspt da sondagem de

5 resultados dos ensaios de laboratório realizados com as amostras dos blocos indeformados e amolgadas dos solos. Resultados estes que compreendem desde ensaios físicos, químicos e mineralógicos dos solos estudados, bem como os ensaios triaxiais do tipo CID em amostras com medidores de pequenas deformações realizados com amostras indeformadas e em amostras compactadas sem cimentação. Foi estudado o comportamento tensão-deformação das amostras naturais com a definição de seus respectivos parâmetros de resistência mecânica. Além disso, foram analisados a rigidez e a dilatância dessas amostras.

No Capítulo VI são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios de laboratório do tipo triaxiais CID realizados com as amostras cimentadas artificialmente. Foi estudado o comportamento tensão-deformação das amostras com a definição de seus respectivos parâmetros de resistência mecânica. Foram analisados os efeitos do teor de cimentação e da densidade sobre a rigidez e dilatância. A análise foi feita a partir do uso do fator vazios/cimento.

O Capítulo VII apresenta a caracterização geológico-geotécnica da Falésia da Ponta do Pirambu em Tibau do Sul ± RN. São analisados os resultados da instrumentação e das atividades de campo, como a leitura dos piezômetros, a realização das sondagens de simples reconhecimento, a trado e sondagem mista (SPT + rotativa), bem como da coleta de amostras amolgadas e indeformadas das principais camadas da falésia. Apresenta ainda, o perfil geológico-geotécnico da encosta acompanhado do perfil de umidade e de resistência à penetração expressa pelo Nspt na estação chuvosa e

os parâmetros de resistência mecânica dos solos das camadas da falésia, com vistas a entender os processos naturais atuantes nessa falésia e seu comportamento ao longo do tempo.

E por fim no Capítulo VIII são expostas todas as conclusões deste estudo, bem como recomendações e sugestões para futuras pesquisas.

6 CAPÍTULO II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE SOLOS CIMENTADOS

Esta tese trata de solos cimentados naturalmente e artificialmente, considera que todos aqueles materiais que tem seu comportamento geotécnico afetado por outros fatores que não a densidade inicial e a história de tensões recebem a denominação de solos estruturados conforme Leroueil e Vaughan (1990), aí incluídos os fatores como ligações fisico-químicas, cimentação entre as partículas, arranjo espacial, entre outros.

Este capítulo apresenta uma revisão bibliográfica sobre solos estruturados, abordando o comportamento de solos cimentados naturalmente, tanto residuais como sedimentares, e o comportamento de solos cimentados artificialmente, demonstrando que as ligações entre partículas exercem influência significativa no comportamento dos solos.