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O Acidente no Porto de Santana, (AP, 2013):

Caracterização Geotécnica do Solo do Porto de SantanaEnsaios de Laboratório

Fernando A. M. MarinhoUniversidade de São Paulo

Quando uma estrutura é composta de elementos independentes, o arranjo destes elementos pode levar a uma situação de estabilidade débil

Qualquer alteração na geometria da estrutura pode fazer ruir o sistema estruturado

http://www.ruadireita.pt/largo-do-pelourinho/um-castelo-de-cartas-que-tem-de-ruir-7568.html

By Georg Wiora (Dr. Schorsch) - self made drawing, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=858366

MetaestávelO solo do Porto de Santana provou ser:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

6.30 6.30 8.30 9.30 12.30 12.30 14.30 14.30 16.10 16.30 20.10 20.30 21.10 22.30 24.30 26.30 27.30 28.30 29.50 31.30 36.50 38.30 38.50 40.30 43.30

Profundidade (m)

ARG SILTE AF AM

GranulometriaArgila

Silte

Areia Média

Areia Fina

Metaestável

Granulometria

8.00-8.60 m

38.00-38.60m

16.00-16.60m

Silte

Areia

Argila 20%

60%

20%

http://watchingtheworldwakeup.blogspot.com.br/2010/03/dangers-of-riding-on-clay.html

Teor de Umidade, Limite de Liquidez, Limite de Plasticidade e Índice de LiquidezDados do Porto de Santana

-45.0

-40.0

-35.0

-30.0

-25.0

-20.0

-15.0

-10.0

-5.0

0.0

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Co

ta (

m)

IL

-45.0

-40.0

-35.0

-30.0

-25.0

-20.0

-15.0

-10.0

-5.0

0.0

0 20 40 60 80 100 120

Co

ta (

m)

w, LL, LP (%)

𝐼𝐿 =𝑤 − 𝑤𝐿𝑃

𝑤𝐿𝐿 − 𝑤𝐿𝑃

Limite de liquidez

Limite de plasticidade

8.3

14.3

9.3

12.3

14.3

28.3

27.3

12.3

43.3

40.3

12.3

28.3

14.3

12.3

Curva de Compressão por Sedimentação para Argilas Normalmente Adensadas (Skempton 1970)e Dados do Porto de Santana

Porto de Santana

Definição e Normalização da ICL

Burland (1990)

(a) (b)(c)

Linha de Compressão Intrínseca e Linha de compressão por Sedimentação Burland (1990)e os dados do Porto de Santana.

Burland (1990)

Porto de Santana

“Colapso progressivo da estrutura natural do solo”

Burland (1990

Ivo

s’vo

Linha de Compressão Intrínseca e Linha de compressão por Sedimentação Burland (1990) Interpretação

SCL

ICL

freshwater glacial lake clay from Sault Ste Marie, near Chicago (Wu, 1958).

Linha de Compressão Intrínseca e Linha de compressão por Sedimentação

outros solos

Burland (1990)

Linha de Compressão Intrínseca e Linha de compressão por Sedimentação

outros solos

Chandler (2000)

Porto de Santana

Chandler (2000)

Porto de Santana

Carta de AtividadeComparação com outros solos

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60 70

Ip (

%)

% <2mm

Porto Santana <35 m

Porto Santana >35m

Argila de Santos (Andrade, 2009)

Argila do Recife - Fereira et al (1986)

Horten Noruega (Hansen, 1950)

St. Thuribe Canadá (Peck et al., 1951)

Porto de Santana

Microscopia – Solo do Porto de Santana Profundidade de 20,2 m

Plano horizontal Plano vertical

“Textura composta por agregados de minerais argílicos muito unidos, orientados na direção horizontal e com baixa porosidade entre e intra-agregados. Na direção vertical, apresenta partículas e agregados de partículas dispostos aleatoriamente e floculados em algumas partes da amostra, com textura aparentemente mais consolidada e menos aberta que a visualizada nos solos de alta sensibilidade.”

Barreto (2015)

Microscopia – Solo do Porto de Santana Profundidade de 36,4 m

Plano horizontal Plano vertical “não possui orientação de partículas e agregados em nenhuma das direções e apresenta grande quantidade de microfósseis, que são sílicas livres e agentes cimentantes, e que são capazes de acumular bastante água em seu interior. Estes microfósseis estão floculados juntamente com partículas e agregados de partículas grosseiros, em ambas as direções vertical e horizontal, formando uma textura aberta (um pouco mais aberta na vertical que na horizontal) e ligada por contatos estreitos, conferindo ao material elevada porosidade e metaestabilidade.”

Barreto (2015)

Microscopia – Solo do Porto de Santana Profundidade de 38,3 m

Plano horizontal Plano vertical

“não possui orientação de partículas em nenhuma das direções, suas partículas estão associadas em flocos, e apresenta grande quantidade de microfósseis, o que confere ao material elevada porosidade e capacidade de acumular água em seu interior. Os microfósseisestão floculados juntamente com partículas e flocos, em ambas as direções vertical e horizontal, formando uma textura bem aberta e ligada por contatos estreitos, conferindo ao material elevada porosidade e metaestabilidade.”

Barreto (2015)

Giao & Tanaka (2003)

Outros Solos

Pusan Clay – Yangsan (Korea do Sul)

5.4 m 17.4 m

Tanaka et al. (2001)

Pusan Clay

Giao & Tanaka (2003). Geotechnical Characetrization and engineering problems of Pusan clay -Characetrization and Engineering of Natural Soils - 505-

O Conceito de Excesso de Poro Pressão de Água

Ensaio Triaxial

Lambe & Whitman (1969) Lambe & Whitman (1969)

Lambe & Whitman (1969)

𝐴 =∆𝑢

∆𝜎1

Strouta & Tjelta (2004)

Lambe & Whitman (1969)

O Conceito de Excesso de Poro Pressão de Água

Ensaio Triaxial

Du

𝐴 =∆𝑢

∆𝜎1

Resultado de Ensaio com Solo do Porto de Santana (Ensaio Triaxial CIU)

A = 1 A = 0

Linha e Região de Instabilidade

Modificado de Lade (1992)

Linha de ruptura

Linha de Instabilidade

Porosidade e

Região de instabilidade

Linha de ruptura

Linha de Instabilidade

Topo da trajetória de tensões efetivas

Trajetória de tensões efetivas

“..uma pequena perturbação em depósitos de siltes e areiasfinas, que possuem relativamente baixas condutividadehidráulica, irá induzir uma solicitação não drenada e geraruma instabilização no talude sob condição estática.”

“O início da instabilização requer que o solo tenda acomprimir durante a solicitação não drenada”

“uma vez que a zona de instabilidade é criada, o aumento daporo-pressão de água irá se propagar ampliando a regiãoinstável no talude. Assim, um volume progressivamentemaior de solo instável irá ficar envolvido com o processo, e otalude romperá por liquefação estática.”

Liquefação Estática

K = 10-8 m/s

u2

qt Du

qt - svo

Bq

𝐵𝑞 =∆𝑢

𝑞𝑛

Parâmetro de poro-pressão normalizado

𝑞𝑛 = 𝑞𝑡 − 𝜎𝑣𝑜

Resistência líquida

∆𝑢 = 𝑢2 − 𝑢𝑜

Excesso de poro-pressão

O Conceito de Excesso de Poro Pressão de Água

Ensaio CPTU

𝐴 =∆𝑢

∆𝜎1

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Bq

lL(%)

Porto de Santana

Oliveira (1991)

Mantaras et al (2015)

Baroni (2010)Porto de Santana

Solos do Recife, Rio de Janeiro e Espirito Santo

Bq – Comparação com outros solos - Ensaio CPTU

Levemente sobre adensadasMayne (2006)

Conclusões

Trata-se de um silte argilo-arenoso

Apresenta características variáveis com a profundidade.

A uma profundidade que vai da cota -25 à -40 o solo possui características distintas do trecho superior.

A estrutura é floculada e com elevada quantidade de micro fósseis. Esta característica cria uma estrutura com elevada porosidade e por conta das características mineralógicas do solo, com grande capacidade de reter água, como constatado por Barreto (2015).

As características de natureza apontam um comportamento metaestável.

A eventual destruição da estrutura induz elevadas pressões de água desencadeando um processo de fluidificação do material.

O solo do Porto Santana se posiciona acima da linha SCL, o que sugere a presença de algum tipo de cimentação entre as partículas, reforçando a sua metaestabilidade.

Materiais com este tipo de estrutura e no estado em que se encontram são muito difíceis de serem amostrados sem perturbações. Ainda assim observa-se valores de Af > 1.

O melhor parâmetro para identificar a geração de poro pressão é o parâmetro de poro pressão Bq obtido com os ensaios de piezocone. Este parâmetro reflete de forma inequívoca a tendência de geração de poro pressão durante o cisalhamento.

Obrigado !

Moema, 1866Victor Meirelles (Brasil, SC 1832- RJ 1903)Óleo sobre tela, 129 x 199 cmMASP – Museu de Arte de São Paulo