Mecânica das Rochas para Recursos Naturais e Infraestrutura SBMR 2014 – Conferência Especializada ISRM 09-13 Setembro 2014 © CBMR/ABMS e ISRM, 2014

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Análise Cinemática para um Talude Rochoso de Pedreira Desativada na Rua Almirante Figueiredo, Ilha do Governador, Rio de Janeiro, e o Risco para a Ocupação Existente. Luiz José R. O. Brandão da Silva Fundação GEO RIO, Rio de Janeiro, Brasil, lbrandao@pcrj.rj.br Raquel Batista Medeiros da Fonseca Fundação GEO RIO, Rio de Janeiro, Brasil, raquel.fonseca@georio.rio.rj.gov.br Marcela Tuler Castelo Branco Fundação GEO RIO, Rio de Janeiro, Brasil, marcela.branco@ georio.rio.rj.gov.br RESUMO: Com base nos resultados do mapeamento geológico - geotécnico e estrutural, onde foram levantadas as descontinuidades existentes e as porções instáveis das frentes de exploração de uma pedreira de brita desativada, foi elaborada uma análise cinemática a partir de projeções estereográficas, incluindo uma avaliação do alcance da eventual queda de blocos pontencialmente instáveis nas faces de um talude, que representam risco para uma ocupação irregular que se instalou na antiga praça de exploração. A partir dessa análise foi definida uma proposta de mitigação de risco, que será também apresentada. PALAVRAS-CHAVE: Análise Cinemática, Análise de Risco Geológico. 1 INTRODUÇÃO O uso para fins habitacionais de praças de exploração de pedreiras desativadas é um problema a ser enfrentado pelo poder público, cuja solução sempre implica em um alto custo, especialmente quando se procura minimizar ao máximo a retirada das moradias. Esse problema não atinge exclusivamente a população de menor poder aquisitivo que, em geral, tomam posse de áreas abandonadas, mas também condomínios de classe média alta que se instalaram legalmente e tiveram sua ocupação autorizada, segundo Brandão da Silva et al. (2011). No presente artigo, foi estudado um talude rochoso de uma pedreira, que segundo informações pertenceria ao Ministério da Aeronáutica, no bairro da Freguesia, Ilha do Governador, cuja praça foi irregularmente ocupada e que o Governo Federal solicitou à prefeitura do Rio de Janeiro uma análise de viabilidade para proceder a regularização

fundiária da população existente. Os estudos que fundamentaram essa análise são aqui apresentados e foram conduzidos pela Fundação GEO RIO, com base nos trabalhos de campo, com uso de projeções estereográficas e também de software para determinação do alcance de blocos que podem se desprender das escarpas rochosas existentes. 2 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES A pedreira analisada é composta por cinco frentes de exploração verticalizadas, com desnível máximo de 40 metros. Das cinco frentes, quatro delas apresentam casas situadas muito próximas das suas bases, constituindo setores distintos ilustrados na figura 1. Como ocorre com minerações à céu aberto, a orientação da face dos taludes está relacionada com o tipo de ruptura para um mesmo universo de descontinuidades consideradas.

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Figura 1. Localização dos quatro setores analisados e orientação da face dos taludes. A descrição das descontinuidades segundo o grau de alteração da superfície (são, medianamente alterada, muito alterada e decomposta), existência e tipo de preenchimento, persistência e o número de fraturas por metro foi padronizada e a denominação da rugosidade foi realizada de acordo com a figura 2, extraída de Barton et al. (1974).

Figura 2. Guia para denominação da rugosidade, Barton et al. (1974). 3 CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICO GEOTÉCNICA E ESTRUTURAL A área de estudo e seu entorno encontra-se inserida na Unidade Santo Aleixo, sub-unidade

Freguesia, DRM/GEOMITEC (1981), que é constituída por migmatito–granito cinza rosado, com granulação grosseira, homogêneo, foliação incipiente dada pelo subparalelismo dos cristais de biotita, que juntamente com quartzo, feldspato potássico e plagioclásios, compõe a assembléia mineralógica principal da rocha. Podem ser observados alguns veios de quartzo-feldspato na pedreira, com concentração mais expressiva no lado oeste (setores 1 e 2, figura 1). O maciço, em geral, apresenta rocha sã, com exceção da porção leste da pedreira (setor 4, figura 1), onde encontra-se pouco alterada. As fraturas apresentam espaçamento de até 1 metro entre si. A distância entre as paredes das descontinuidades é milimétrica e a rugosidade observada nas fraturas abertas é do tipo plana lisa/ recortada lisa (figura 2). De um modo geral, não foi observado preenchimento nas fraturas e nem surgências no maciço. Entretanto, no setor 2 evidenciou-se a presença de água servida sendo despejada das casas localizadas na crista do talude. Foram verificadas quatro famílias de fraturas, com as seguintes direções de mergulho: família 1 - 192/64º, família 2 - 036/87º, família 3 - 125/75º e família 4 - 093/80º. A família de fraturas 1 é a que predomina no maciço, sendo observada em toda a sua extensão. Foram observadas fraturas tectônicas e de alívio, que individualizam blocos com volumes que superam 3 m3 em alguns setores. A combinação dessas descontinuidades propicia a ocorrência de escorregamentos planares, em cunha ou por tombamento, conforme será descrito posteriormente. A camada de solo observada na pedreira encontra-se restrita a parte superior da mesma, com horizonte delgado. No setor 4, verificou-se que a camada de solo possui espessura de até 1 metro. Além disso, nesta mesma seção observou-se a presença de material terroso na face da pedreira, associada à alteração da rocha. 4 ANÁLISE CINEMÁTICA

Nas vistorias realizadas, foram obtidas diversas medidas de direções de descontinuidades que

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tornaram possível a determinação estatística, através da contagem dos polos dos planos, das famílias principais presentes e respectiva análise cinemática de cada setor considerando a orientação de cada face (figura 1), para escorregamentos planares, em cunha e tombamento. De acordo com o critério de Goodman (1989), um escorregamento planar ocorre quando existe um plano de fratura com orientação semelhante à face do talude, isto é mergulhando para “fora” do talude, mas com inclinação menor. O segundo caso ocorre quando dois planos de fratura se interceptam e a linha de interseção dos dois planos mergulha (está orientada) para “fora” do talude num ângulo menor que o da face. A ruptura por tombamento é possível quando existe um plano de fratura orientado para “dentro do talude", mas com forte inclinação (figura 3). Em todos os casos acima, a ruptura só ocorrerá se o ângulo de inclinação da descontinuidade for maior que o ângulo de atrito básico da rocha, que para este trabalho foi adotado o valor de 35º com base nos estudos de Brandão da Silva, (1995).

Figura 3. Tipos de ruptura analisados: 1 – escorregamento planar; 2 – escorregamento em cunha; 3 – ruptura por tombamento, Goodman (1989). 4.1 Setor 1 A figura 4 mostra o resultado da análise para escorregamento planar e em cunha para o setor 1, cuja face está orientada segundo a direção 030/80º, representada pela linha vermelha. De acordo com o critério de Goodman (1989), verifica-se que neste trecho não se espera a ocorrência de escorregamento planar ou em cunha com as principais famílias, representadas pelas linhas pretas com triângulo azul, uma vez que os pontos de interseção das linhas pretas e os triângulos azuis (vetores de “dip”) não se

inserem na zona considerada potencialmente instável de cor rósea. Essa zona corresponde a uma inclinação inferior à inclinação do talude e superior ao ângulo de atrito básico fj.

Figura 4. Análise cinemática para a ruptura planar e em cunha: vetores de “dip” e interseção das linhas dos planos fora da zona sombreada rósea, descartando a possibilidade deste tipo de ocorrência no setor 1. No segundo diagrama para o mesmo trecho, apresentado na figura 5, é feita a análise de ruptura por tombamento de blocos. De acordo com os critérios adotados, o tombamento de blocos pode ocorrer quando a normal de algum dos planos das descontinuidades, representada pelos pontos vermelhos, se situa na zona sombreada cinza. Para este trecho, há possibilidade de tombamento de blocos induzido pela descontinuidade de direção 192/64º, cuja normal se insere nessa zona.

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Figura 5. Análise cinemática para a ruptura por tombamento: possibilidade deste tipo de ocorrência no setor 1, dado apenas pelo plano 192/64º, cuja normal, representada pelo ponto vermelho, se insere dentro da zona cinza. 4.2 Setor 2 Seguindo o mesmo critério adotado para análise para escorregamento planar e em cunha, verifica-se que neste trecho, cuja face está orientada segundo a direção 140/80º, podem ocorrer dois escorregamentos planares das famílias 192/64º e 125/75º e em cunha pela interseção das principais famílias, uma vez que os pontos de interseção das linhas que representam os planos de descontinuidades e os vetores de “dip”, Goodman (1989), se inserem na zona considerada potencialmente instável de cor rósea (figura 6).

Figura 6. Análise cinemática para a ruptura planar e em cunhaindicando a possibilidade destes tipos de ocorrência no setor 2. O diagrama seguinte representa a análise de ruptura por tombamento de blocos para o mesmo trecho (figura 7). De acordo com os critérios adotados, o tombamento de blocos não é esperado pois as normais dos planos das descontinuidades, representadas pelos pontos vermelhos, se situam fora da zona sombreada cinza.

Figura 7. Análise cinemática para a ruptura por tombamento: todas as normais aos planos, representadas

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pelos pontos vermelhos, estão fora da zona cinza, descartando a possibilidade deste tipo de ocorrência no setor 2 para as principais descontinuidades consideradas. 4.3 Setor 3 O setor 3 representa o de maior abrangência no local e sua face está orientada segundo a direção 180/80º, onde se verificou a possibilidade de escorregamento planar e em cunha. Segundo o critério adotado, verifica-se que neste trecho pode ocorrer escorregamento planar condicionado pela família 192/64º e em três escorregamentos em cunha pela interseção das famílias 192/64º, 125/75º, e 093/80º, uma vez que os pontos de interseção das linhas que representam esses planos de descontinuidades e os vetores de “dip”, Goodman (1989) se inserem na zona considerada potencialmente instável de cor rósea (figura 8). Também segundo o mesmo critério, o tombamento de blocos não é esperado, pois as normais dos planos das descontinuidades se situam fora da zona instável (figura 9).

Figura 8. Análise cinemática para a ruptura planar e em cunha: vetores de “dip” e interseção das linhas dos planos (círculos magenta) inseridos na zona sombreada rósea, indicando a possibilidade destes tipos de ocorrência no setor 3.

Figura 9. Análise cinemática para a ruptura por tombamento: todas as normais aos planos estão fora da zona cinza, descartando a possibilidade deste tipo de ocorrência no setor 3 para as principais descontinuidades consideradas. 4.4 Setor 4 Neste setor, onde a face do talude está orientada segundo a direção 220/80º verificou-se a possibilidade de escorregamento planar e em cunha. Segundo o critério adotado para análise cinemática a partir de projeção estereográfica, verifica-se que neste trecho pode ocorrer escorregamento planar condicionado pela família 192/64º e dois escorregamentos em cunha pela interseção das famílias, 125/75º, 192/64º e 093/80º, uma vez que os pontos de interseção das linhas que representam os planos de descontinuidades e os vetores de “dip”, Goodman (1989) se inserem na zona considerada potencialmente instável, como se vê na figura 10. De acordo com os mesmos critérios adotados anteriormente, há possibilidade de tombamento de blocos induzido pela descontinuidade de direção 036/87º, cuja normal se insere na zona instável (figura 11).

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Figura 10. Análise cinemática para a ruptura planar e em cunha: vetores de “dip” e interseção das linhas dos planos (círculos magenta) inseridos na zona sombreada rósea, indicando a possibilidade destes tipos de ocorrência no setor 4.

Figura 11. Análise cinemática para a ruptura por tombamento: possibilidade deste tipo de ocorrência no setor 4, dado pelo plano 036/87º, cuja normal se insere dentro da zona cinza. 5 ANÁLISE DE RISCO Nos setores 1 e 2 verificou-se a presença de lixo e esgoto oriundos das casas localizadas na crista da pedreira. Os blocos de rocha observados variam de 0,5 a 3 m³ de volume e existe um bloco em negativo com casa assentada sobre ele (figuras 12 e 13). A

distância verificada entre as moradias e o maciço varia de menos de 1 a 1,5 m.

Figura 12. Bloco em talude negativo com casa sobre o mesmo na crista da escarpa.

Figura 13. Blocos e lascas potencialmente instáveis. Notar distância da casa à escarpa.

Numa simulação do alcance da queda de blocos com software específico, verificou-se que 95% dos blocos desprendidos atingem de 3 até 10 metros da base da pedreira (figuras 14 e 15).

Figura 14. – Simulação de alcance de blocos desprendidos da escarpa do setor 1.

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Figura 15. – Simulação de alcance de blocos desprendidos da escarpa do setor 2. Na face central da pedreira (setor 3), foram constatados blocos e lascas de tamanhos variados (entre 0,5 e 3m³), tanto na escarpa como no terreno de uma moradia (figuras 16 e 17). Este muro encontra-se a uma distância máxima de 1 m do talude rochoso e as casas distam de 6 a 7 metros da base da escarpa.

Figura 16. Vista geral da escarpa rochosa do setor 3. Notar distância das casas à escarpa.

Figura 17. Blocos provenientes de escorregamentos pretéritos próximos às casas.

Simulando o alcance de queda de blocos,

verificou-se que 95% dos blocos desprendidos atingem até 23 metros da base da pedreira (figura 18).

Figura 18. Simulação de alcance de blocos desprendidos da escarpa do setor 3. No setor 4, localizado na parte leste da pedreira, foram observados blocos variando entre 1,0 a 3,0 m³, além de lascas parcialmente desprendidas (figura 19). A distância entre as casas e o maciço varia de 2,0 a 4,0 m. Foram observados alguns blocos soltos na base do talude, provenientes de escorregamentos pretéritos. Esses blocos apresentam tamanhos que variam de matacão a blocos de 1 m³.

Figura 19. Vista geral do setor e a proximidade das casas. A análise de alcance de queda de blocos, mostrou que 95% dos blocos desprendidos atingem até 20 metros da base da pedreira (figura 20).

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Figura 20. Simulação de alcance de blocos desprendidos da escarpa do setor 4.

Diante das características anteriormente expostas, pode-se considerar que as casas situadas a uma distância de até 25 metros da base da escarpa estão inseridas numa área de alto risco, assim como as casas situadas na crista da escarpa. 6 CONCLUSÃO Tendo em vista o histórico de ocorrências evidenciado no campo, características geológico-geotécnicas e análises anteriormente apresentadas pode-se afirmar que a mitigação do risco para a regularização fundiária do local só é possível com a remoção das moradias que se situam a menos de 25 metros da base das escarpas, assim como das casas que estão construídas na crista do talude nos setores 1 e 2. Além das remoções mencionadas, será necessária a instalação de uma estrutura de impacto na antiga praça de exploração da pedreira, cujas características e locação deverão ser definidas em projeto executivo. Na frente da referida estrutura deverá ser instalado um delimitador de área de risco e “non aedificandi” distando 25 metros da base da pedreira, a partir do qual se situarão as casas remanescentes. Estrutura delimitadora semelhante deverá ser instalada na crista da pedreira (à montante dos setores 1 e 2), no local onde serão removidas as casas, para evitar que a mesma área volte a ser reocupada. REFERÊNCIAS Barton, N.; Lien, R. e Lunde, J. 1974. Engineering

Classification of Rock Masses for the Design of

Tunnel Support. Rock Mechanics, v.6, n.4 Brandão da Silva, L. J. R. O. A resistência ao

Cisalhamento de Juntas de Alívio em Leptinito do Município do Rio de Janeiro. Dissertação de Mestrado, UFRJ, Rio de Janeiro, 1995. 200 p.

Brandão da Silva, L. J. R. O., Barros, W. T., Silva E E., Mendonça, J. A. F, Paes, N. M., Bergman M., Goulart, C. T. e Coutinho N. M. (2011). Acidente no Condomínio da Rua Engenheiro Gama Lobo, 650, Rio de Janeiro: Investigações Geológicas Geotécnicas para a Mitigação do Risco a Acidentes Geológicos. 13o CBGE, São Paulo. CD-ROM

DRM/GEOMITEC (1981). Projeto Carta Geológica do Estado do Rio de Janeiro – Mapa Geológico da Folha Baía de Guanabara.

Goodman, R. E., Introduction to Rock Mechanics. New York, Willey, 1989, 562 p.