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137IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

Análise de estabilidade de taludes

Celentano, G. A.Transportadora de Gas del Norte S.A., Buenos Aires, Argentina, [email protected]

Resumo: O Gasoduto Nor Andino transporta gás a alta pressão desde a Argentina até o Chile,desde que entrou em serviço no ano 1.999. O traçamento atravessa uma zona denominada “Encostade Mal Paso”, localizada na progressiva 090+500, aproximadamente, que se carateriza por suasintensas chuvas durante o verão, uma topografia muito acidentada, importantes amplitudestérmicas entre o dia e a noite, grande sismicidade, meteorização e desintegração mecânica derochas e solos, erosões e socavamentos hídricos do rio San Andrés e pelas fortes pendentes dasladeiras. Uma combinação simultânea destes fatores podem causar fenômenos de remoção emmassa.Primeiro se fez um mapeio geológico da região, recopilaram-se estudos e análises de riscosnaturais existentes, identificaram-se as causas de riscos geotécnicos, classificando-os. A seguir,realizou-se um estudo sísmico, efetuaram-se levantamentos topográficos, caraterizou-se o taludepor meio de auscultações geotécnicas (perfurações na rocha), com os correspondentes ensaiosde laboratório sobre as balizas extraídas e se traçaram perfis geoelétricos.Posteriormente, a partir do ano 2.003, decidiu-se implementar um sistema de monitorização de“Alerta Cedo”, abrangendo a instalação de 2 extensômetros multiponto, a construção de 8monólitos para medições geodésicas e a colocação de 1 pluviômetro. Todas estas medições secomplementaram com percursos periódicos pedestres, vôos de helicóptero e com duas passagensde scraper.A análise e processamento de toda a informação obtida no campo, permitiu correlacionar asvariáveis que intervêm, compreender os diferentes riscos naturais e interpretar o possívelmecanismo de falha. Em conseqüência, a fim de garantir a integridade estrutural do cano, realizou-se uma análise de estabilidade de taludes utilizando um soft comercial.

Abstract: The Nor Andino pipeline distributes gas at high pressure from Argentina to Chilesince its beginning of service in 1999. The trace goes across a region called “Cuesta del MalPaso” located at the progressive 090+500 approximately and it is characterized for its intenserains during summer, a very irregular topography, significant thermic amplitude between day andnight, great seismicity, meteorism and mechanic disintegration of rocks and soils, erosions andhydric diggings of San Andrés River and for the strong slopes of the hillsides.A simultaneous combination of these factors may cause mass removal phenomena.

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Firstly, a geological mapping of the region was developed, research and natural existent risksanalyses were compiled and the causes of geotechnical risks were identified by classification.Then a seismic study and topographic relief were done, the slope was characterized by geotechnicalauscultations (rock’s drilling) with the respective lab practices informing about the extractedevidence. Finally, geoelectric profiles were traced.Afterwards, as of year 2003, it was decided to implement a monitory system of “Early Alert” whichcomprehends the installation of 2 multiple point extensometers, the construction of 8 monolithsfor geodesic measuring and the placing of 1 pluviometer. All of these measurements werecomplemented with periodical pedestrian tours, helicopter flights and using the scraper twice.The analysis and process of the whole information obtained, allowed to correlate the existingvariables, comprehend the different natural risks and see the possible failure in mechanism.Consequently, an analysis of slopes’ stability was done by the using of a commercial soft in orderto secure the structural integrity of the pipe.

1 INTRODUÇÃO

O gasoduto Nor Andino se extende em territó-rio argentino uns 377 km. desde a estaçãocompressora Pichanal (Salta) até o Paso de Jama(Jujuy) no limite com a República do Chile, atin-gindo uma longitude total de 1045 km. até a costachilena. Seu atual proprietário é a Nor AndinoS.A.; por sua parte, Transportadora de Gas delNorte S.A. realiza as tarefas de operação emantimento.

Ao longo de seu percurso topográficamenteacidentado, o gasoduto atravessa diferentesambientes geológicos, cada um deles comcaraterísticas morfológicas, estruturais eestratigráficas particulares, distinguindo-se deleste a oeste as Serras Subandinas, a Cordilhei-ra Oriental, a Puna e o deserto de Atacama. Estaclassificação se baseia em critérios fisiográficose estruturais, tais como relevo, avenamento eestilo tectônico.

Estudos prévios numa zona denominadaEncosta de Mal Paso, na progressiva 090+500,deram como resultado que o talude é suscetívelàs instabilidades, por tanto, decidiu-se realizaruma análise de estabilidade de taludes. Existemfatores que favorem na instabilidade como, por

exemplo, ladeiras muito empinadas, intensaschuvas nos meses de verão, taludes constituí-dos por rochas fragmentadas e com diáclase,grande quantidade de falhas geológicas e pre-gas, erosões de pé de talude provocadas pelorio San Andrés, desintegração mecânica origi-nada pela variação de temperatura entre o dia ea noite, etc. Estes riscos potenciais podem seacelerar devido à atividade sísmica importanteda região.

2 OBJETIVO

Com o objeto de garantir a integridade estrutu-ral do gasoduto, desde o ponto de vista dosriscos naturais, o presente trabalho foi divididoem:

• Definir o esquema geológico egeoestrutural presente em Mal Paso.

• Realizar um relevamento topográfico.• Caracterizar o maciço rochoso.• Determinar a existência de movimentos

atuais e suas caraterísticas.• Analisar os dados de auscultação obti-

dos até o presente.• Determinar as condições de estabilida-

de e sua relação com o ducto.


3 CARATERÍSTICAS GERAIS

3.1 Localização geográfica

A área de estudo denominada Encosta de MalPaso se encontra sobre a margem direita do rioSan Andrés, no terraço mais alto. Fica próximada localidade de San Andrés, no Departamentode Orán, Província de Salta, a uma altura de 1.890m.s.n.m., ao norte da República Argentina.

3.2 Geologia e fisiografia

A Encosta de Mal Paso se localiza na Cordilhei-ra Oriental, que constitui o extremo sul da Cor-dilheira Oriental do Peru e da Cordilheira Cen-tral e Oriental da Bolívia. Este cordão recebe onome em território argentino de Serra de SantaVictoria, que se fixa com orientação NS e cujoscumes atingem 5.000 m. de altura. A CordilheiraOriental apresenta grandes diferençasaltimétricas entre os cumes e os vales, de apro-ximadamente 4.000 m. Conforma-se por um con-junto de escarpadas cadenas montanhosas derumo general NE e profundos valesintermontanos. O quadro estrutural atual sedeve aos movimentos da Orogenia Andina, quepor serem os últimos e de grande intensidade,emascaram os efeitos de ciclos anteriores. A áreada Cordilheira Oriental estava ocupada por ummanto sedimentários muito potente, de umaespessura que se aproxima aos 16.000 m., peloque os efeitos de fraturamento em blocos dobaseamento transmitiu à pilha de sedimentosmais flexíveis, dando lugar a pregas pronuncia-das e viradas para leste, cujas asas orientais sevêem falhadas.

O estilo estrutural da Cordilheira Oriental éde grandes lâminas de corrimento empilhadassobre as Serras Subandinas. Esta unidade secarateriza pela ausência de vulcanismo.

A serra de Santa Victoria se divide em duas:a ocidental representada pelas Serras de Aguilar

e Alta no tramo setentrional e as de Chañi eCumes do Obispo mais ao sul; e a parte orientalconstituída pelas Serras de Zenta e Tilcara, comalturas decrescentes para o sul. a Encosta deMal Paso pertence às Serras de Zenta, a 26 kmaproximadamente do limite interprovincial en-tre as províncias de Salta e de Jujuy.

3.3 Hidrografia e hidrologia

A drenagem desta unidade se apresenta muitodesenvolvida, com importantes cursos de águapertencentes à bacia do rio Bermejo, que inte-gra a bacia do rio da Plata. O rio San Andrés éproduto da erosão fluvial que abriu profundossulcos nos sedimentos mais moles.

As possibilidades aqüíferas subterrâneas sedão pelos vales intermontanos alinhados comrumo meridiano que constituem uma respostaao estilo estrutural da região. Existem outrosaportes que se obtêm através de fraturas ediaclasamentos de rochas impermeáveis, quese manifestam por meio de pequenos manan-ciais.

A qualidade físico-química da água é emgeral boa. É utilizada para abastecimentopopulacional, rega e pecuária3.4 Clima

Dentro da categoria de climas cálidos, a estaunidade corresponde o Tropical Serrano. Oscordões que compõem unidades de relevo, vãoretendo a umidade do leste à medida que osventos o atravessam. Esta situação dá comoresultado ladeiras orientais com maior vegeta-ção, diferentes das ocidentais maisempobrecidas em chuvas. Mas, por sua vez,diferenças altimétricas determinam a variaçãodos diferentes elementos climáticos: assim, emlugares localizados em determinada latitude, masque representam um relevo acidentado, as par-tes baixas são de bosques, prados e selva; asaltas de estepe arbustiva.


As temperaturas maiores se registram naépoca estival, durante o mês de janeiro, coinci-dindo com as chuvas, e as menores no mês dejunho.

A pressão atmosférica e a umidade relativatambém diminuem para oeste, sendo maior en-tre abril e maio.

Os ventos se vêem influenciados pela topo-grafia. Os que provêm de leste (anticiclone doAtlântico), são predominantemente úmidos eestivais. Estes ventos são portadores de chu-vas, que registram maiores valores entre no-vembro e abril.

O inverno é seco, as geladas podem ocorrerentre junho e novembro.

A heliofania é reduzida, com valores inferio-res a 48 % de horas de sol possível.

A evaporação é muito intensa a oeste, de-crescendo para oriente.

3.5 Vegetação

Corresponde o Parque Chaqueño Serrano,caraterizado por bosques com espécies arbórease arbustivas.

4 TRABALHO REALIZADO

4.1 Descrição das unidades estratigráficas

Os afloramentos de rochas são dominantes nes-ta região e correspondem ao Precâmbrico,Câmbrico e Terciário. Os depósitos quaternáriosse restringem a estreitos vales que sulcam oabrupto relevo da região; consistem em gravase areias que conformam terraços fluviais, lequesaluviais e, em menor medida depósitos coluviõesque cobrem em parte as ladeiras montanhosas.

a) Precâmbrico: as rochas desta idade se dis-tinguem com o nome de FormaçãoPuncoviscana. Compõe-se de rochas de baixograu metamórfico como quarcitas, esquistos,piçarras, filitos e grauvacas. Originalmente, no

momento de sua deposição, consistiam emarenitos, limonitas e argilitos, acumulados numabacia marinha. Posteriormente, ao ficarem en-terradas a grande profundidade pelas acumula-ções posteriores, essas rochas originais foramsubmetidas a temperaturas e pressões muitoaltas e sofreram mudanças (metamorfismo)transformando-se em quartzito, esquistos e pi-çarras.

b) Câmbrico: as rochas desta idade se reú-nem sob o nome de Grupo Mesón. Este grupoestá integrado por três formações, que desde amais antiga à mais nova se denominam: Forma-ção Lizoite (quartzitos de cor gris brancoso);Formação Campanario (arenitos e limonitasde cor avermelhado, roxo e verdoso); Forma-ção Chalhualmayoc (quartzitos brancos ourosadas). Todas estas unidades se deposita-ram em ambientes marinhos de pouca profundi-dade.

c) Terciário: Falando estritamente, oSubgrupo Santa Bárbara se depositou a iníci-os do terciário mas tem continuidadedeposicional com as rochas cretácicas, motivopelo qual é incluído dentro desse ciclo. Distin-guem-se três formações: Formação Casa Gran-de (arenitos e argilitos vermelhos); Formaçãorio Grande (conglomerados e arenitos verme-lhos) e Formação Pisungo (conglomeradosgrises). Estas rochas são continentais (fluviaise leques aluviais), também se depositaram ro-chas vulcânicas.

4.2 Mapeio geológico

Compilou-se a informação dos mapas geológi-cos, das cartas topográficas a escala 1:250.000(IGM), imagens satelitais LANDSAT, paresestereoscópicos de um vôo aéreo a escala1:10.000, para confeccionar o mapa base.

Da fotointerpretação se deduz que as ro-chas do Precâmbrico são representadas por umasucessão de filitos, sobre as que apóiam dis-


cordantemente rochas do Câmbrico superiorconstituídas por uma importante espessura dequartzito. Nos 40 milhões de anos que trans-correram entre um e outro período geológico,as filitos foram pregadas e a seguirpeneplanizadas pela erosão antes de receber ainvasão do mar no Câmbrico superior, momen-to em que se depositaram as areias que se trans-formariam nos quartzito atuais.

A superfície plana de discordância foi pre-gada durante o Terciário, junto com as rochasque limita, formando a estrutura atual e que éum anticlinal buzante ao NNW.

Sobre o flanco ocidental do anticlinal come-ça a agir, então, em sucessivas fases de erosãoe agradação do rio San Andrés, as que agrupa-remos nas grandes fases que se descrevem aseguir.

a) Fase de erosão antiga: Começa a se lavraro atual vale durante uma longa fase predomi-nantemente erosiva do rio San Andrés, até al-cançar um fundo de vale que, provavelmenteestaria em cota 1.720 a 1.710 m., isto é, uns 60 m.por baixo do leito fluvial atual. Durante esta fase,a margem direita do rio sofre uma maior erosãodevido à disposição desfavorável à estabilida-de dos estratos ou capas de quartzito, cujobuzamento é precisamente em direção ao rio.Não acontece o mesmo na margem esquerda,onde o buzamento é favorável à estabilidade jáque tem direção para fora do vale conformandoos altos paredões quartzíticos localizados so-bre o povoado de San Andrés. Na margem di-reita, a erosão atingiu em alguns lugares o con-tato com o filito erosionando-a, deixando comorelicto de erosão dito espolón. Esta situação semostra águas acima do esporão quartzítico,onde o recheio aluvial posterior se apóia direta-mente sobre filitos; aparentemente, esta situa-ção também se apresenta águas abaixo do es-porão, na zona do deslizamento localizado en-tre progressivas 090+320 e 090+470.

b) Fase de agradação: Posteriormente co-meça uma fase predominantemente deagradação durante a qual se acumula um po-tente depósito de material aluvial cujo teto éhoje visível nos terraços superiores. Estas co-tas varían entre 1.818 e 1.871 m., assim pode seapreciar que a espessura do recheio aluvial nestazona de San Andrés é de 150 m. e que a penden-te do rio naquele último momento de agradaçãoera da ordem de 5 %.

c) Fase de erosão atual: Inicia a atual fase deerosão predominante, na que o rio conforma emambas as ladeiras terraços a diferentes níveis,tendo atingido hoje -na zona do esporão- a cota1.780 m., com uma profundidade de erosão daordem de 80 m. mas ainda a 70 m. por cima dofundo do vale estimado em base aos resultadosda investigação geoelétrica sempre em base aonível de fundo de vale fornecido pelo antece-dente citado. Nota-se que o rumo das capas dequartzito na área de Mal Paso é mais o menosconstante por uma longitude de aproximada-mente 2 km.

Figura 1: Croquis de um corte transversal do gasoduto

visto para o oeste em PK 090+500.

d) Superfície de contacto quartzito-filito:Vários são os pontos nos que se detectou apresença de filito. Na progressiva 090+670 apresença de uma falha aparentemente inversa,subvertical e rumo L/W (85/010; 85/354) mostra


o corpo de filito na ladeira e para além do arroioTrigal (progressiva 091+211). A pesar da den-sa vegetação e ausência de afloramentos, apendente da ladeira seria um bom indício deque neste setor o quartzito foi totalmenteerosionado. Pode interpretar-se que desde afalha para águas acima, o quartzito foierosionado totalmente na primeira fase erosivafacilitando, assim, a conformação de um me-andro, o que, posteriormente, permitiu o apoiodo material aluvial sobre o corpo de filito.Águas abaixo do esporão de quartzito e aonível do rio, aflora o filito uns poucos metroságuas acima do cone de deslizamento estuda-do com geofísica no ano 1.999. Na quebradaque se encontra entre este cone e o esporãode rocha quartzítica, também aflora o filito. Osseguintes pontos de detecção do filito sãoambas perfurações para colocação deextensômetros 1 e 2, que respectivamente de-tectaram o contacto a 32,35 e 31,00 m. de longi-tude de perfuração.

Só aos fins de determinar a posição da su-perfície de contacto filito/quartzito, em princí-pio assumimos que dita superfície é plana, oque é razoável se se pensa na história geológi-ca descrita anteriormente. Isto é, a superfíciemarinha onde se apoiou a areia que conforma-ria o quartzito muito provavelmente seria pla-na. Sendo assim, podemos definir a posiçãoespacial de dita superfície com três pontos damesma, tomando como tais as duas interse-ções obtidas com as perfurações e oafloramento achado no rio. Esta solução de-termina que a superfície de contacto teria umaposição de aproximadamente 30º de buzamentoe 295º de direção do buzamento (30/295) e de-finiria uma delgada espessura do corpoquartzítico apoiado sobre uma superfície incli-nada uns 30º para o rio e cujo pé está muitopróximo ao nível de erosão atual do rio. Naprogressiva 090+130, aflora novamente oquartzito, tanto no talude próximo à pista como

na base da barranca junto ao rio, conforman-do um segundo esporão quartzítico coberto,ainda, pelo material aluvial depositado na fasede agradação descrita anteriormente. O esque-ma geológico poderia ser alterado pela exis-tência de falhas hoje não visíveis;relevamentos geológicos complementários oubem, perfurações a executar-se com fins deinstrumentação, poderiam constatar as hipó-teses aqui assumidas.

4.3 Relevamento topográfico

A topografia da zona se caracteriza pela pre-sença de sucessivos cordões de elongação N-S, com diferenças notáveis de cota e abundan-te cobertura de solos e vegetação.

Foram traçados perfis transversais aogasoduto com curvas de nível.

4.4 Estudo de risco sísmico

A República Argentina se encontra afetada pelaconvergência da placa de Nazca com a placaSul-americana. Esta zona de contacto se locali-za ao longo da costa do Peru e o Chile e é con-siderada a mais longa do mundo. A placa deNazca se desloca para leste e se submerge(subduz) baixo a placa Sul-americana, que sedesloca para W; devido às diferenças de idadee de peso específico entre as placas. A veloci-dade relativa com que se movem ambas as pla-cas é de 11 cm/ano, aproximadamente. A derivados continentes, e em particular a interaçãoentre ambas as placas, é a principal causa dasismicidade observada na Argentina. Devidoaos grandes esforços compressivos geradosnos contactos de placas, também se produzemterramotos a distâncias consideráveis de ditoscontactos, geralmente associados a falhas ge-ológicas ativas, como aconteceu na Provínciade Salta (1692, 1844, 1871, 1874, 1930, 1948, 1959e 1974).


Realizou-se o estudo com o objetivo de ga-rantir a continuidade da operação do gasodutodurante terramotos que possam afetar o traça-do durante a vida útil do projeto estimada em 50anos. A região é qualificada como pertencenteàs zonas 2 e 3 na zonificação sísmica da Repú-blica Argentina, ou seja, é uma área de alto ris-co . Sabe-se da existência de sismos históricossignificativos em lugares próximos ao traçado.Dado que o traçado está localizado em uma zonasismicamente ativa, o estudo teve também opropósito de precisar as áreas de risco associa-das a taludes instáveis, fenômenos de remo-ções em massa “gatilhados” por sismos ou cru-zes de falhas eventualmente ativas.

A metodologia da análise empregada con-sistiu no estudo da história sísmica da região,revisando a sismicidade, histórica e instrumen-tal, e do ambiente tectônico da mesma. A seguir,estabeleceram-se os sismos de desenho (mag-nitude, tipo de mecanismo, localização doepicentro, etc). Também foram avaliadas as uni-dades morfotectônicas e sua eventual relaçãocom a atividade sísmica descrita na área.

Na zona de contacto entre ambas as placastêm lugar a maioria dos sismos interplaca. A lo-calização desta zona, denominada zona deBenioff, permite caracterizar os terremotos quese originam nela. Os sismos que se originamnesta zona se caracterizam porque aumentamgradualmente sua profundidade de foco à me-dida que aumenta sua distância relativa à fossamarinha. O movimento relativo de ambas pla-cas também induz esforços ao interior dos con-tinentes que se traduzem em sismos denomina-dos “intraplaca”. No noroeste, as intensidadesmáximas de sismos históricos, a identificaçãodos sistemas de falhas e lineamentos regionais,complementados pela análise das imagenssatelitais da área, permitem estabelecer que existeuma estreita relação entre a sismicidade e asunidades morfotectônicas.

Tabela 1 – Parâmetros do sismo

Descrição Unidade Interplaca

Diâmetro, φ cm 50,80Espessura, t mm 7,14Pressão, p kgf/cm2 99,5Tensões, σ kgf/cm2 3542Magnitude, M Ritcher 7,5Distância ao epicentro, D Km 0Profundidade de foco, H Km 500Velocidade máx. horiz, V

maxcm/s 5,50

Aceleração máx. horiz, amax

m/s2 0,57Aceleração máx. horiz, a

maxg 0,06

A Cordilheira Oriental se carateriza pela ativida-de sísmica na zona de Benioff com hipocentrosda ordem de 500 km de profundidade. Também,por sismos superficiais ou corticais cuja proxi-midade ao traçado condiciona o sismo de dese-nho (10 km).

Tabela 2 – Parâmetros do conduto

Descrição Unidade Interplaca

Deformação vibratória, εg

m/m 0,000110Solicitação vibratória, σ

gkgf/cm2 231

Tensão de fluência, σf

kgf/cm2 4921Tensão admissível, σ

akgf/cm2 3927

Tensão de trabalho, σt

kgf/cm2 3818

A velocidade máxima horizontal do solo e aaceleração máxima horizontal esperada se esti-maram empregando a fórmula de atenuação davelocidade máxima horizontal, determinada porSchaad e Saragoni (1997).

A velocidade das ondas de corte no solo seadotou C = 250 m/s (perfis de sísmica de refra-ção, elétricos e de radar terrestre); para o cálcu-lo da tensão longitudinal.

As máximas tensões induzidas na canaliza-ção incluem os efeitos de pressão do gás,vibratório do sismo e as propriedades do mate-rial de cada tramo.


Utilizou-se o critério de Von Misses para ocálculo da tensão de trabalho da canalização.

Conforme à comparação das tensõesinduzidas por efeito vibratório do sismo e pelapressão de desenho, com a tensão admissívelna canalização, concluiu-se que o gasoduto notramo analisado não apresenta problemas doponto de vista sísmico vibratório.

4.5 Auscultação geotécnica

Executaram-se duas perfurações a rotação comuma inclinação de 25° com a horizontal. As per-furações que prestaram, posteriormente, para acolocação de ambos os extensômetros, atingi-ram os 63 e 65 m. de profundidade, com extra-ção de balizas (ASTM D 2113). Para estas tare-fas utilizou-se uma furadeira MAQUESONDAMach 1200 acoplada a motor Cummings comuma capacidade de perfuração da ordem de 600m. A água de perfuração se bombeou d,o rioSan Andrés com uma bomba MAQUESONDAMT200 de 180 l/m de caudal e a recirculação defluído na pista se executou com uma bombaPUMA de 110 l/m. Utilizou-se um tira-balizastamanho NQ, sistema Wireline que permite umdiâmetro de amostras de 17/8".

As unidades geológicas presentes são ro-chas: quartzitos e filitas. Constitui umafloramento de rocha quartzítico em um entor-no de rocha metamórfica, que é o Baseamentoda região.

A “quatzito” está tectonizada, medianamentea muito fraturada, tanto em superfície como nointerior do maciço rochoso. O baseamento é umarocha metamórfica de baixo grau demetamorfismo, chamada “filito”, de idadeOrdovícico, a que foi intruída por um corpo derocha quartzítico. O contacto geológico entrefilito e quartzito é de tipo tectônico, por meio deuma falha geológica. a falha se localiza a 31 mda boca das perfurações. Ambas as rochas seencontram fraturadas e cissuradas.

Há vários “sistemas de fratura” com dife-rente rumo: um tem 45º a respeito do eixo daperfuração, o outro é sub-paralelo ao eixo daperfuração. Isto faz que o corpo de rochaquartzítico se desagregue em tamanhos desdegrandes blocos (» 1 metro cúbico) até tamanhograva, areia fina e limo. Ditos sistemas de fratu-ras se devem a que na Encosta de Mal Paso secruzam várias falhas geológicas de caráter regi-onal. Uma falha corre pelo vale fluvial do rioSan Andrés, transversal a esta, corre outra fa-lha pela Quebrada do arroio o Trigal. Este é umafluente por margem direita do rio San Andrés,imediatamente águas a cima da Encosta de MalPaso. É provável que estas falhas hajam acon-tecido durante o ciclo orogênico Andino, noTerciário (Mioceno), quando produziram-se osmovimentos tectônicos mais importantes deascenso da Cordilheira dos Andes.

Outra falha geológica é a que põe emcontacto a rocha filito com o quartzito, cuja ida-de é post-Ordovícica e corresponde ao momen-to de intrusão magmática do quartzito na rochade caixa, filito. A intrusão magmática deve ha-ver acontecido durante um ciclo orogênico. Comcerteza, ambas rochas foram submetidas ao ci-clo orogênico Andino, já que fazem parte daCordilheira do Zenta (5000 m.s.n.m.), no corpoprincipal da Cordilheira dos Andes.

O quartzito está tectonizado e forma umdeslizamento. Águas a cima e abaixo dodeslizamento há um terraço fluvial (o nível deterraço fluvial mais alto). Sobre a dodeslizamento há detrito sem vegetação e detri-to coberto com vegetação.

4.6 Ensaios de laboratório

Com o objeto de conhecer as propriedades domaciço rochoso, se ha descrito a litologia e es-truturas geológicas de 60 balizas corresponden-tes a ambas perfurações, sendo representati-vos de diversas qualidades dos materiais.


4.6.1 RQD (ASTM D 6032)

Tabela 3 – Resultados de RQD

Prof. (m) RQD RQD(Perfuração N° 1) (Perfuração N° 2)

0 – 20 20% - muito Ruim 0% - muito Ruim20 – 30 20%-50% - Regular 0% - muito Ruim30 – 32 Mat. cissurados Mat. cissurados

58 - 63 20%-50% - Regular 0% - muito Ruim

4.6.2 Compressão simples (ASTM D 2938)

Os ensaios a compressão simples sobre amos-tras intactas não oferecem valores representa-tivos sobre o comportamento geral do maciçorochoso; mas os resultados associados com osvalores dos registros geológicos das perfura-ções e a geomorfologia do lugar permitem ava-liar tal comportamento.

Tabela 4 – Resultados do ensaio de compresão.

Descrição Quartzitos Filitos

Resistência Média, kg/cm2 1170 470Moda, kg/cm2 1000 N/CCoeficiente Variação, % 47 63E

50 / q

uMédia Alta

Classificação Deere Miller Alta Muito Baixa

4.6.3 Desgaste (ASTM D 4644)

As rochas ensaiadas não se interpretam comorochas débeis, em conseqüência, qualitativa-mente são do tipo I; muito alta durabilidade àdisgregação com clastos virtualmente sem câm-bio em peso, forma e tamanho.

4.7 Prospecção geoelétrica

Com o objeto de complementar a informaçãoobtida das perfurações e de estabelecer a pro-

fundidade do baseamento rochoso e identificara disposição e potência de diferenteselectrochapas, executaram-se perfisgeoelétricos.

O estudo se fez com um equipamentobicompensador de corrente contínua com leitu-ra simultânea de intensidade e diferença de po-tencial. Usaram-se eletrodos de corrente de açoinoxidável e de potencial de cobre em soluçãosaturada de sulfato de cobre. A prospecçãogeoelétrica se levou a cabo pelo método do SEV,com um dispositivo eletródico tetrapolarSchlumberger de constante geométrica K = π.as longitudes entre o centro das sondagens eeletrodos de corrente foram variáveis até dis-tâncias máximas de 320 m. As distâncias entreos electrodos de potencial, MN, variaram entre1 e 50 m.

Com os resultados das sondagens elétricasverticais se realizaram, em forma tentativa, doisperfis geoelétricos: um sobre a pista dogasoduto e outro em sentido longitudinal aodeslizamento.

Perfil geoelétrico 1: executaram-se seis SEV,denominados com os números 01 a 06. O rumodo perfil é Leste-Oeste, sobre a pista dogasoduto.

Os SEV 07 e 08 são sondagens paramétricasem rochas alteradas.

Perfil geoelétrico 2: se compõe de cinco SEV(13, 04, 09, 10 e 12), com rumo Sul-Norte.

Na maioria dos SEV realizados se identifica-ram “profundidades” e não “espessuras”, issose deve à disposição do corpo sedimentário quejaze com uma forte componente de pendentesub-horizontalmente. As sondagens efetuadasno terraço fluvial, no leito do rio San Andrés esobre a pista foram as que tiveram a melhor res-posta elétrica e a menor dispersão dos regis-tros.


Tabela 5 – Resultados SEV

Perfil N° Sondagem Profundidade doElétrico Vertical Baseamento (m)

1 SEV 01 58SEV 02 40SEV 03 56SEV 04 91SEV 05 20

SEV 06 5,92 SEV 13 77

SEV 11 91SEV 09 29SEV 10 29SEV 12 67

4.8 Estéreo diagramas

Traçaram-se estéreo diagramas do fraturamentoprincipal do maciço rochoso quartzítico e suarelação com a orientação dos cortes de ladeira.É importante notar que o ângulo de repouso dofluxo de blocos de aproximadamente 40° é me-nor ao dos cortes em quartzito in-situsubparalelos à ladeira geral e com intensidadede buzamento em geral subvertical.

Figura 2: Estereodiagrama de densidades.

4.9 Reconcepção do gasoduto sobre o terreno

As coordenadas “xyz” correspondentes aospontos de soldadura (W) aportadas pelo

Geopig, foram reconceituada sobre a pista emtodo o tramo do gasoduto estudado com o ob-jetivo de incorporar nos perfis a verdadeira po-sição do mesmo e conhecer, então, a espessurade tapada e sua distância à beira do talude. Paraisso se transformaram previamente em gabine-te as coordenadas ortométricas em coordena-das polares, tomado como pólo, alternativamen-te, um ou outro monólito, conforme a conveni-ência. Estas coordenadas polares foramreconceituada sobre a pista com a mesma esta-ção de alta precisão, mas com uma tolerância nalocalização do ponto de uns 5 cm de radio. Aesta “imprecisão” deve-se acrescentar aqueladerivada de um bastão não exatamente verticalquando, por motivos de visibilidade, devia serlevantado muito acima do nível do chão, o quepoderia somar nesses casos uns 10 cm a mais.Contudo, esta “imprecisão” considerou-se ade-quada para localizar o gasoduto para o objetivomencionado acima.

5 INSTRUMENTAÇÃO DE CAMPO

5.1 Motivos para a instrumentação de campo

Podem se agrupar os motivos para realizar ainstrumentação de campo em quatro categori-as:

a) Diagnóstico: para verificar o projeto, ofuncionamento satisfatório, etc.

b) Predição: com os dados de campo podemse predizer comportamentos futuros dogasoduto.

c) Legal: as medições conformam uma basede dados para ser utilizada ante possíveis lití-gios.

d) Investigação: Estudando o comporta-mento da canalização e analisando a informa-ção de campo, obtém-se uma melhor compreen-são das variáveis que intervêm na estabilidadeda obra.


5.2 Medições de chuvas

Um aspecto destacado na pluviometria zonal éas intensidades que manifestam as chuvas, emespecial por sua ligação à erosão hídrica dossolos.

Em geral, as precipitações respondem a umregime de tipo monçônico, com chuvas con-centradas (80 %) nos meses mais cálidos (no-vembro a abril). Isto se deve, fundamentalmen-te, ao regime de ventos que circulam sobre oterritório, conseqüência da interação dos cen-tros anticiclônicos subtropicais do Atlântico edo Pacífico e do anticiclone Polar. o anticiclonedo Pacífico exerce escassa influência sobre osprocessos atmosféricos que se desenvolvemna região, devido à barreira orográfica da Cor-dilheira dos Andes.

Durante os meses de verão, na lhanuraChaqueña, cria-se um centro de baixa pressãodenominado “baixa térmica do nordeste argen-tino”; isto permite o deslocamento desde oAtlântico de massas de ar carregadas de umi-dade que junto com as frentes frias que atra-vessam o país para o norte produzem as preci-pitações na região.

Outro fator condicionante das precipitaçõesé o relevo. quando os ventos úmidos são obri-gados a elevar-se pelas ladeiras das cadenasmontanhosas se enfriam adiabáticamente atéque alcançam a temperatura de condensação eprecipitam.

Figura 3: Chuvas mensais acumuladas nos últi-mos três anos.

5.3 Medições geodésicas

Construíram-se 6 balizas de concreto armadocolado in situ, com forma de pirâmide centralligada estruturalmente a uma base. As balizassuperficiais formam em planta um quadrado de1,80 m. de lado -os maiores- e de 1,20 m. -os

menores, esta base quadrada tem uma altura de0,30 m. Sobre ela se construiu a pirâmide de 0,60m. ligada com a base. No extremo superior dapirâmide, colocou-se um bujão de bronze decentrado forçoso que permite uma única posi-ção do instrumento de leitura. o objetivo da redeé a deteção e monitoração de movimentos dosextensômetros, que também têm uma cabeça deconcreto com um bujão.

Tabela 6 – Variações de distância entre abril de2.003 e abril de 2.005.

ID ∆X (mm) ∆Y (mm) ∆Z (mm)

M001 2 6 2M002 1 -8 4E-1 20 -96 -39E-2 25 -77 -33M005 0 6 15M006 -6 2 -5M007 4 -6 2M008 1 -1 -17

Desv. Std. 11 41 19


5.4 Medições extensométricas

Nas duas perfurações mencionadas se coloca-ram sendos extensômetros multiponto (ASTMD 4403), com 4 barras cada um. Os extensômetrospossibilitam a medição do incremento ou dimi-nuição da longitude entre dois pontos ancora-dos no solo, mediante uma vara ou arame invar.O controle dos deslocamentos relativos sem-pre está referido a uma cabeça em superfície.Os extensômetros respondem ao seguinteordenamento:

Tabela 7 – Caraterísticas dos extensômetros

N° PK Long.(m) Azimuth Ptosancoragem(m)

E-1 090+660 30 240° 25’ 6 – 12 – 21 - 30E-2 090+558 60 283° 59’ 6 – 15 – 30 – 60

Figura 4: Movimentos de cada vara em cada dosextensômetros desde janeiro de 2.003 até abril de 2.005.

5.5 Passagens do scraper

O Geopig é uma ferramenta de geometria de altaresolução que combina um sistema avançado

de navegação inercial com o sistema deposicionamento global (GPS), para obter comgrande precisão uma avaliação de aboladuras,ovalações, rugas, flambagem e outros rasgosda linha (localização de válvulas, derivações,soldaduras circunferenciais e câmbios de es-pessura da parede). Os dados derivados do sis-tema de traçado inercial permitiram prever e ava-liar os esforços de curvatura, assentamentos,instabilidade de solos, expansão por congela-ção, afundamentos do terreno, variações de tem-peratura e pressão e impacto de novas constru-ções.

Realizaram-se duas passagens do Geopigem junho de 2.002 e em agosto de 2.003, parainspecionar internamente a canalização e iden-tificar e caracterizar os eventos, sejamaccessórios da mesma ou bem defeitos de tipogeométricos.

Tabela 8 – Defeitos detectados com o Geopig.

Prog. Anomalia Prof. (mm) % Diâm2002 2003 2002 2003

090+697 Aboladura 14 14 2.8 2.8090+771 Aboladura 15 14 3.0 2.8090+944 Aboladura 11 11 2.2 2.2090+953 Aboladura 15 11 3.0 2.2

5.6 Percursos periódicos

Com uma freqüência quinzenal durante os cin-co primeiros meses dos anos 2003, 2004 e 2005,e mensal no resto dos meses, realizaram-se per-cursos pedestres. Os vôos de helicóptero tive-ram uma freqüência mensal nos meses de verão(chuvosos) e um vôo nos meses de inverno(temporada seca).

Até o presente não foi advertida modifica-ção importante nenhuma no estado do maciçorochoso no que se apóia a canalização. Todosos deslizamentos superficiais e quedas de cu-nhas de rochas observados durante os últimos


três anos, tiveram sua origem por cima da pistae foram produto da desestabilização provocadapelo talude de corte executado durante a fasede construção. O maciço rochoso por debaixoda pista permaneceu nas mesmas condições quetinha durante a obra. Estima-se que até o pre-sente se alcançou o perfil de equilíbrio. Os câm-bios mais importantes observados foram:

• Detectou-se em fevereiro de 2.005 umagreta de tração no pé do esporão, que envolveum pacote importante de rochas. O aumento dagreta está sendo monitorado permanentemen-te.

• Em fevereiro de 2.004 se produz umdeslizamento superficial da barranca direita dorio San Andrés, próxima à foz do arroio Trigalcom o rio San Andrés, como conseqüência dosocavado do pé de talude deste último.

• Observou-se o processo de desintegra-ção resultante do crescimento de cristais, quecumpre uma função destacada na meteorizaçãomecânica, que inclui a formação de gelo. a repe-tição do congelamento e do degelo, processoque acontece diariamente durante a maioria dosmeses do ano, com a conseqüente dilatação econtração, não produz desagregação das ro-chas, a pesar da forte amplidão térmica diáriaprópria desta região.

• A maior parte dos movimentos de ladei-ra se produziram nos tramos que se estendem aleste do rio Grande, onde se dá uma combina-ção desfavorável: ladeiras muito empinadas echuvas intensas.

6 ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE TALU-DES

A avaliação da estabilidade do maciço rochosoda Encosta de Mal Paso, não se considera umprocedimento simples, por estar altamentefissurado. Não se considera fácil uma previsãodo comportamento, sobre tudo si se pensa queum maciço rochoso como o descrito é constitu-

ído essencialmente por “blocos” separados pordiscontinuidades. Obviamente, a resistênciamecânica do maciço vem determinada, basica-mente, pelas descontinuidades e, portanto, umaanálise ou modelação sempre é conflitiva.

A estabilidade de um corte como o que seestuda depende exclusivamente das deficiênci-as mecânicas das fissuras ou falhas e não daresistência da rocha em si. Como a resposta damassa depende das relações de tensão-defor-mação, resulta complicado elaborar um modelomecânico que represente o comportamento ge-ral. Um talude formado por rochas altamentefissuradas pode, eventualmente, manter-se es-tável depois de um corte, mas o deterioro gra-dual do sistema e seu ajuste geométrico para oequilíbrio podem transformá-lo em instável como decorrer do tempo. Em certa forma, produz-seum fenômeno de falha progressiva .

Apreciam-se duas situações expostas:a) Rocha massivamente disgregada que

pode considerar-se como um conjunto de blo-cos com uma certa travação conformando ummaterial com um certo ângulo φ de fricção ecom coesão zero ou muito próxima de zero. Istoconstitui uma falha por desintegração e contí-nua fissuração, conseqüentemente, uma quedade material que aparece como um “fluxo de de-tritos”. a causa principal é o debilitamento de-vido a situações externas ao maciço e se traduzem uma acumulação de materiais na superfície ebase do talude. Segundo Varnes, a remoção dosuporte lateral dos taludes pode provocar umdeslizamento ao diminuir o aporte de forçasestabilizadoras.

b) Taludes empinados ou morros de quartzitofraturado onde as solicitações de corte sãomuito complexas devido à morfologia convexadas mesmas. Nestes taludes a ação de fisuraçãointermitentemente seguindo o sistema defraturamento prévio. Com o tempo estes talu-des empinados também se disgregam seguindoum mecanismo de falha progressiva. O contacto


quartzito-filito não aparenta ser crítico. Envol-ve uma massa rochosa profunda muito fissuradae está muito longe da degradação originada porcausas externas. Como essas massas mais pro-fundas também são submetidas a solicitaçõesde corte, desenvolvem sistemas de fissuras.

Frente a um problema complexo como é a es-timação do mecanismo de resistência ao corteempregou-se o critério empírico de resistência.

Partindo da teoria de Griffith, levando emconta que as relações τ, σ

N em rotura não são

lineais com o aumento de σN, o modelo empírico

baseado em dados experimentais permite relaci-onar a resistência ao corte com a pressão normalsobre o plano de falha mediante a expressão.

(1)

τN = resistência ao corte normalizada = τ / σ

c

σn = pressão normalizada ao plano de falha = σ

N

/ σc

σtn = resistência normalizada à tração = στ / σc

As constantes A e B dependem do grau defissuração da rocha, cujos valores diminuem aoaumentar o grau de fraturamento. Os valoresadimensionais normalizados de σ

n, τ

N, σ

tn se re-

ferem ao valor da resistência à compressão sim-ples das balizas intactas.

Segundo Hoeck, o critério aproximado deresistência, conforme a equação (1), é aplicáveldesde balizas intactas de diversas rochas atémaciços de qualidade muito pobre, altamentefissurados, com fraturas alteradas comespaçamento menor a 50 mm.

Para o caso em estudo selecionaram-se asseguintes descrições:

Unidade litológica 1: Detrito de quartzito, éuma massa de rocha de muito pobre qualidade,com rocha de resíduo e conteúdo de finos.

Classe de rocha selecionada: Rocha compasta derivada de areia e clivagem pobre;quartzito.

Expressão empírica da resistência:

(2)

Unidade litológica 2: quartzito muito fraturado.é uma massa de rocha de qualidade pobre, comnumerosas fraturas espaçadas entre 30 e 500mm com algum recheio; sem finos.Classe de rocha selecionada: Rocha com pastaderivada de areia e clivagem pobre, quartzito.Expressão empírica da resistência:

(3)

Calcularam-se e representaram as duasenvolventes de rotura correspondentes. a aná-lise de estabilidade, levou-se a cabo com o mé-todo de equilíbrio limite.

Figura 5: Perfil adotado para o cálculo.

A análise de estabilidade conforme o méto-do de Equilíbrio Limite é uma ferramenta quepermite prever qual é a relação entre a resistên-cia ao corte disponível no maciço e sua solicita-ção ao cissuramento. Esta relação é o coefici-ente de segurança (FOS). O método possui alimitação de considerar que toda a superfícieprovável de falha está plastificada.


Tabela 9 – Resultados obtidos, ordenados emforma ascendente, do fator de segurança

7 CONCLUSÕES

O Mal Paso é um esporão rochoso que inter-rompe a continuidade do terraço alto da mar-gem direita do rio San Andrés. Após a constru-ção do gasoduto, produziram-se numerososdeslizamentos superficiais de cunhas de rochaslocalizadas por cima da pista, as que foramretidas em ela. Portanto, a pista ficou intransitá-vel, coberta de detritos, fato que aumentou aobstrução do cano.

A geoforma presente na Encosta de Mal Pasose associa a um deslizamento potencialmenteativo. O material que o constitui é detrito dequartzito com escassa quantidade de finos emestado solto e mal travado onde se podem indi-vidualizar blocos de tamanho máximo 1 m3 eabundantes clastos de 0,15 a 0,20 m.

Os fluxos de lama são fenômenosgeomorfológicos e hidrológicos de grande po-der erosivo e depositacional. Na bacia do rio

San Andrés ocorrem fluxos de lama com perío-dos de recorrência quase anual, os que soca-vam o pé do talude favorecendo sua instabili-dade.

As conclusões principais do presente tra-balho são:

• Das leituras obtidas dos extensômetrosse deduz que os movimentos relativos das va-ras são pequenos, é dizer, que as variações sãosuperficiais, de pequena magnitude e se produ-zem nos meses com as chuvas mais intensas.

• Não se pensa prima facie em instabili-dades profundas, mas sua probabilidade esta-ria dada por duas situações:

1) Zona de contato entre o quartzitosuperficial muito fraturado e o medianamentefraturado (15 m aproximadamente a partir daboca das perfurações).

2) Zona de contacto entre oquartzito e o filito (30 m aproximadamente a par-tir da boca das perfurações).

No caso 1) um movimento poderia fazer par-te da dinâmica normal do maciço; em câmbio,no caso 2) poderia ser disparado por um movi-mento sísmico.

• Existe uma provabilidade de que hajafalhas por desintegração, especialmente comoresposta às solicitações sísmicas ou falhas pro-gressivas superficiais nos morros convexos.

• Considera-se factível um deslize a tra-vés da superfície de contacto entre quartzito efilito, que corta o maciço rochoso muito cercado nível atual de erosão do rio onde se apre-sentam claras evidências de que a deformaçãoestá em progresso. Para o interior do maciço épossível que a superfície de deslizamento sebifurque intersectando o corpo do filito.

• As medições geodésicas verificam estadeformação com uma velocidade preocupante(da ordem de 60 mm. em dois anos), enquantoque os extensômetros apresentam deformaçõesinferiores não compatíveis com a geodesia (só


4 mm no mesmo período), estimando-se que emeste setor a superfície de deslizamento abando-na o plano de contacto cortando o filito a umaprofundidade superior ao alcance dosextensômetros.

• Não se pôde precisar o tempo necessá-rio para que esta deformação em progresso domaciço provoque danos no duto. Contudo, deveconsiderar-se que sua velocidade pode aumen-tar em forma importante não só pela ação erosivado rio, senão também pela atividade sísmica daregião.

8 PROPOSTAS

• Continuarão as tarefas de monitorização,investigação e controle, a fim de estudar e veri-ficar a permanência de sua estabilidade (pondoespecial ênfase no contato detrito-quartzito),com o propósito de minimizar os riscos na ope-ração de transporte de gás natural.

• Com o objeto de analisar mais minucio-samente os efeitos dos sismos da zona, seráestudada a possibilidade de colocar umacelerômetro que transmita os valores das 3componentes de aceleração via SCADA.

• Será avaliada a possibilidade de instalarsobre a pista três inclinômetros de 90 metros deprofundidade aproximada cada um, e umextensômetro adicional mais profundo que osexistentes, com o objeto de detectar eventuaismovimentos do pé e do interior do talude.

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Incociv S.R.L., (2003) Informe Técnico deEjecución de Perforaciones e Instalación deExtensómetros en Mal Paso.

Hoeck, E.et al. (1980) Empirical Strength Criterionfor Rock Masses, J. G. Engineering ASCE GT9.

Instituto Geográfico Militar, (1982) Carta topo-gráfica de San Salvador de Jujuy. Provinciasde Jujuy y Salta. República Argentina. Hoja2363-III. Escala 1:250000.

Janbu, N. (1968) Slope Stability ComputationsSoils Mechanics and Foundation Report,Noruega.

Monaldi, C. R., (2001). Informe de Riesgos Geo-lógicos en el Gasoducto Norandino.

Nadir, A. y Chafatinos, T. (1990) Los suelos delN.O.A., Vol. 1, Salta, 3-35

Saragoni, R.H.y Sarrazin, M.A., (1998)Evaluación del riesgo sísmico del GasoductoNorandino entre Pichanal y el Paso de Jama.

Terzaghi, K. (1962) Stability of Steep on hardunweathered rock. Geotechnique.

Varnes, D. (1978) Landslides, Analysis andControl, NAC Special Report, TRB.

Zienkiewics, S. (1970) Mecánica de Rocas en laIngeniería Práctica.

10 AGRADECIMENTOS

O autor agradece especialmente a Nor AndinoS.A. por autorizar esta publicação.

análise de estabilidade de taludes - abms · e estruturais, tais como relevo, avenamento e estilo...

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