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Revista de Geologia, Vol. 19 (1), 2006

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Revista de Geologia, Vol. 19, nº 1, 87-98, 2006www.revistadegeologia.ufc.br

Aplicação do GPR na análise da estabilidade de taludes na RegiãoMetropolitana de Belo Horizonte, MG

Paulo Roberto Antunes Aranhaa, Maria Giovana Parizzia, Frederico Garcia Sobreirab,Terezinha Cássia de Brito Galvãoc & Elder Antônio Beirigod

Recebido em 23 de novembro de 2004 / Aceito em 22 de maio de 2005

ResumoEste trabalho relata utilização do Geo-radar (Radar de penetração do solo) no estudo de estabilidade

de talude urbano. Os taludes selecionados para análise foram denominados de Planetóides e Rio Acima,são constituídos, respectivamente, por depósitos de tálus sobre filitos e xisto; e estão localizados naRegião Metropolitana de Belo Horizonte - MG. Eles se caracterizam por sofrerem sucessivos escorrega-mentos a cada período chuvoso. No Talude Planetóides foi possível detectar a espessura do depósito detálus, e também a presença de mais de uma superfície de ruptura circular. No Talude Rio Acima, osperfis possibilitaram a detecção em profundidade das disposições e intensidades das fraturas e daxistosidade, as quais são condicionantes de rupturas planares no maciço de xisto. A análise dos dados doGeo-radar juntamente com outros métodos geotécnicos tradicionais de análise de estabilidadepossibilitaram a identificação de importantes parâmetros utilizados durante as análises de estabilidades.Mais além, essas investigações permitiram a identificação dos mecanismos de ruptura atuantes em cadaum dos taludes.

Palavras-Chaves: Geo-Radar, Taludes, Deslizamentos, Geotecnia

AbstractThis article describes the use of GPR in urban slopes stability analysis. The studied slopes, located

at Belo Horizonte County, Brazil, were named Planetóides and Rio Acima and, respectively, are composedby talus over phyllites and talus over schist. Successive landslides have been occurred in these sitesduring rainy season. At Planetóides slope was possible to observe the talus depth and the presence ofmore than two circular landslide surface scars. At Rio Acima slope the geophysics profile made possibleto observe the depth, orientation and intensity of the schistosity and fractures. These discontinuitiesare responsible for planar failures of the rock mass. The results of the GPR analysis together with othergeotechnical studies made possible the detection of the main parameters used during stability analysisand helped in establishment of the failure mechanisms that had occurred in these slopes.

Keywords: GPR, Slopes, Landslides, Geotechnical studies

aInstituto de Geociências – Depto de Geologia / UFMG, Campus Pampulha, Av. Antônio Carlos, 6627.Tel.: 34995442. E-mail: [email protected]

bDepto de Geologia - Escola de Minas – UFOP, Morro do Cruzeiro, S/N. E-mail: [email protected] de Geologia Escola de Engenharia / UFMG, Av. do Contorno, Centro. E-mail: tcgalvã[email protected]

dAluno de Pós-Graduação em Geotecnia/FT, Universidade de Brasília –UNB, Brasília/DF


Aranha et al., Aplicação do GPR na análise da estabilidade de taludes ...88

1. Introdução

Este trabalho apresenta a análise de estabili-dade de taludes atualmente instáveis, localizadosem diferentes locais na Região Metropolitana deBelo Horizonte. Os métodos utilizados em análisesde estabilidades de taludes são numerosos e aescolha daqueles mais adequados para cada casodepende das características gerais dos taludesescolhidos e das facilidades ou dificuldades para aaplicação de determinados procedimentos.

Os métodos aplicados na investigação dostaludes selecionados envolveram análisesgeológicas e geotécnicas dos terrenos e inter-pretação de imagens obtidas com o GroundPenetrating Radar (GPR). Este último tem sidoutilizado para resolver muitos problemas nosquais a resolução requerida é métrica, numa faixade 1-30m de profundidade, tais como: geotecnia(Ulriksen, 1982; Katzuo et al., 1995; Mellet, 1995),estratigrafia, descontinuidades do solo, aspectospedológicos, infiltração, percolação de água,migração do ferro, pesquisa e exploração de águasubterrânea, investigações arqueológicas,desenvolvimento de minas subterrâneas etc.(Holub e Dumitrescu, 1994; Benson, 1995;

Daniels et al., 1995; Doolitle & Coolins, 1995;Franco et al., 2001; Aranha, 2002; e outros).

A utilização do Geo-radar neste estudo tevea finalidade de identificar contatos entre osdepósitos de tálus e os maciços, a espessura dosdepósitos, a profundidade e geometria das super-fícies de ruptura existentes, a intensidade eorientações das descontinuidades presentes nosmaciços rochosos em profundidade. A análise dosdados geofísicos, juntamente com informaçõesdas outras investigações geológicas e geotécnicasrealizadas, possibilitou a identificação dosprincipais fatores condicionantes e mecanismosde ruptura atuantes em cada um dos taludes.

Os taludes analisados localizam-se nosmunicípios de Belo Horizonte e Rio Acima eincorporam litologias do Quadrilátero Ferrífero(Renger et al. 1994) (Fig. 1). O Talude Planetóidesestá inserido no Grupo Piracicaba, que é compostopor filitos da Formação Fecho do Funil e filitos equartzitos ferruginosos da Formação Cercadinho.

O Talude Planetóides localiza-se entre a BR356 (topo) e a Rua Planetóides (base). O substratorochoso é composto pela Formação Cercadinho,entretanto, no talude, o maciço rochoso está total-mente coberto por depósito de tálus, constituído por

Fig. 1. Esboço geológico e localização dos taludes analisados (modificado de Parizzi, 2004).



fragmentos dessa formação. O talude apresentainclinação média de 30° e altura de 40 m. O materialque constitui o depósito de tálus, provavelmente,foi lançado na encosta na época da abertura da BR356.

O Talude Rio Acima é constituído porquartzo-sericita-xisto do Grupo Nova Lima(Parizzi, 2004). Localiza-se na entrada da cidadede Rio Acima, 40 km a sul de Belo Horizonte, naestrada MG030, que liga Belo Horizonte aosmunicípios de Nova Lima e Rio Acima. Essetalude é constituído por maciço rochoso perten-cente à Unidade Mestre Caetano do Grupo NovaLima (CPRM, 1996). Apresenta altura de 35 m einclinação geral de 30°. Durante os meseschuvosos, blocos rochosos se rompem do maciçoe, quando não caem diretamente na estrada,geram depósito de tálus de pequena espessuraao longo da face do talude.

2. Metodologia

Para a execução desse estudo foram utiliza-dos métodos geotécnicos auxiliados por imagensobtidas pelo Geo-radar. Em cada um dos taludesforam realizados levantamentos topográficosdetalhados para a obtenção de suas caracterís-ticas morfológicas.

Os métodos geotécnicos escolhidos para ainvestigação dos taludes foram empregados deacordo com os seguintes critérios:

Os maciços rochosos foram caracterizadosatravés de inspeções geológicas de campo,incluindo o mapeamento das camadas litológicasque caracterizam o maciço do local e a mediçãodas descontinuidades, conforme os aspectos derugosidade, abertura, persistência, preenchimentoe condições de umidade.

Os dados obtidos das inspeções geológicasde campo foram tratados através do sistema declassificação dos maciços rochosos RMR deBieniawisk (1989) e do Sistema Q (Barton etal.,1974).

A análise de estabilidade dos maciçosrochosos foi executada seguindo-se os critériosda análise cinemática das descontinuidades, como auxílio de projeção estereográfica e da análise de

equilíbrio limite. Para esta última, utilizou-se osprogramas “Planar Failure Analysis e WedgeFailure Analysis” (Kroeger, 2000).

A análise de estabilidade de equilíbrio limitedos depósitos de vertentes foi executada deacordo com o método das Fatias (Bishop, 1955).O Programa Xslope, desenvolvido por Balaam(2001), foi utilizado para a execução das análisesde estabilidade do depósito de tálus, incluindoretroanálise.

A caracterização física dos depósitos de tálusexistentes nos taludes, através de ensaios delaboratório e de campo, em amostras deformadase indeformadas da matriz do tálus. Os ensaiosincluem granulometria, limites de liquidez eplasticidade, massa específica dos grãos, cisalha-mento direto com amostras inundadas e massaespecífica natural da matriz do tálus. Ensaios emcampo da permeabilidade foram executados como auxílio do Permeâmetro Guelph.

Nos taludes Planetóides e Rio Acima foramrealizados perfis com o Geo-radar (GPR). Estemétodo consiste na emissão de ondas eletromag-néticas (espectros variando entre 10 e 2.500MHz) e recepção dos sinais refletidos nas estru-turas ou interfaces da subsuperfície. Os sinais sãoemitidos e recebidos através de antenas dispostasna superfície do terreno. As medidas de tempode percurso das ondas eletromagnéticas sãoefetuadas ao longo de uma direção, e quandojustapostas lado a lado, fornecem uma imagemdetalhada (de alta resolução) da superfície aolongo do perfil estudado. A penetração da ondaEM do radar é condicionada principalmente pelaspropriedades elétricas dos terrenos. Os perfisforam obtidos no modo de afastamento-comum,utilizando antenas de 100 MHz, com espaçamentode 0,20 m entre as estações de medida. As antenasforam posicionadas perpendicular à direção dosperfis. Os pontos iniciais e finais dos perfis forammarcados no terreno com piquetes. O posiciona-mento das antenas no plano inclinado do taludefoi realizado utilizando-se uma trena, dessa formanecessitou-se corrigir a localização de cada ponto(traço) no programa de processamento, uma vezque a medida original de distância horizontal foiinclinada. Para a obtenção do perfil de velocidade



foram obtidos perfis CMP’s perpendicularmente àlinha de maior declividade dos taludes, devido à suasinclinações.

O processamento dos dados consistiu em:edição dos dados, decliping, dewow, marcaçãodo tempo zero, aplicação de ganho AGC,filtragem - filtro do tipo gaussiano, e migração.Para realizar esta última, os campos de velocida-des foram obtidos em cada talude a partir dainterpretação de perfis de CMP’s. No geral, osperfis de velocidade foram elaborados a partir dasmédias das velocidades e das profundidades (emtempo) interpretadas em cada um dos perfis deCMP’s. No talude Planetóides a velocidade variade 88 µ/ms na parte superior até 72 µ/ms na parteinferior do perfil. No talude Rio Acima avelocidade varia de 96 µ/ms na parte superioraté 76 µ/ms na parte inferior do perfil. Os perfisforam migrados (F-K), utilizando-se o campo develocidade obtido com os perfis CMP’s. Emseguida, a variação de topografia foi corrigidacom a aplicação da correção estática e converteu-se o radargrama em escala de tempo (ns) paraescala de profundidade (m) utilizando os camposde velocidade de cada talude.

3. Discussão dos Resultados

O Talude Planetóides apresenta cicatrizes deruptura com inúmeros degraus de abatimento efendas de tração que evidenciam a existência derastejamento como o principal tipo de movimen-tação do talude. Como não há exposição domaciço rochoso as investigações concentraram-se no depósito de tálus existente. A forma côncavado local investigado diferencia-se dos outrostaludes vizinhos, geralmente retilíneos ou conve-xos. Essa morfologia favorece o acúmulo dedepósitos e também a concentração de águaspluviais. Não há exposição do maciço rochosono talude, que está coberto por depósito de tálus.O tálus possui fragmentos de filito e quartzito,geralmente muito ferruginosos, o que resulta emuma coloração cinza escura a preta para a matrizdo depósito. Nesse depósito é nítido o suportedos fragmentos pela matriz mais abundante,constituído de material silto-arenoso. Os ensaios de

cisalhamento direto forneceram ângulos de atritoentre 30 a 28º e coesão entre 0 a 10 kPa. A presençade óxidos de ferro na constituição mineralógica damatriz, proveniente da hematita dos fragmentos dequartzito ferruginoso, é, possivelmente, responsávelpela alta massa específica dos grãos encontrada paraas amostras, da ordem de 3,0 g/cm3. A matriz dessedepósito também apresentou elevados valores demassa específica natural, da ordem de 2,0 g/cm3 a1,8 g/cm3, e da ordem de 1,65 para a massaespecífica seca. O índice de vazios foi consideradoalto (0,8 – 0,9), de acordo com a classificação daIAEG (1979).

Os perfis de Geo-radar no Talude Planetóidesforam executados com o objetivo de investigar aespessura do tálus, caracterizar a geometria dassuperfícies de ruptura existentes e definir o conta-to entre o depósito e o maciço. Foram realizadosquatro perfis, sendo três transversais e um longitu-dinal à face do talude (Fig. 2). Ao analisar oradargrama do perfil - L1 (Fig. 3), observa-se apresença do depósito de tálus sobre o maciçorochoso, pela identificação de dois padrões dereflexões existentes na parte superior. As reflexõesdo tálus se mostram com boas amplitudes e contí-nuas, enquanto que as amplitudes das reflexõesdo maciço se apresentam mais fracas e descontí-nuas. Mais além, foi possível identificar ageometria de superfícies de rupturas no tálus (re-flexões fortes e paralelas ao contato tálus/maciçorochoso) e de lineamentos mais profundos,interpretados como foliação da Formação Cerca-dinho mergulhando para sul com ângulo aproxi-mado de 30º.

Os perfis transversais também permitiram aidentificação dos mesmos tipos de reflexões,interpretadas como sendo o depósito de tálus emcontato com o maciço rochoso. Isto pode servisualizado no radargrama do perfil L-4 obtidotransversalmente próximo à base do talude (Fig.4). Neste é possível visualizar-se mais de umasuperfície de escorregamento. A espessura médiapara o tálus é de 3m, que varia ligeiramente emfunção do relevo local. Algumas rupturas poucoprofundas (1 a 2 m) e outras próximas ao contatotálus/maciço (3 m) são reflexões com fortes



amplitudes que se destacam, elas geralmente estãocontínuas e semicirculares.

Os dados obtidos pelas investigações geotéc-nicas permitiram a execução de retroanálise dasúltimas rupturas ocorridas no Talude Planetói-des. Os parâmetros utilizados incluíram as faixasde valores de coesão e atrito obtidos nos ensaioslaboratoriais, a topografia do talude (inclinaçãoe altura) e a geometria das superfícies de ruptura

obtidas através da interpretação dos radargramas.As poro-pressões atuantes no momento daruptura foram estimadas através do coeficientede poro pressão ru, descrito por Bishop &Morgenstern (1960). A retroanálise permitiu aobtenção dos parâmetros de ru, considerando ofator de segurança unitário. A coesão de 2kPa eo atrito de 28º foram os valores que possibilitaramo traçado das superfícies de ruptura que mais se

Fig. 2. Perfil topográfico do Talude Planetóides, com a localização dos perfis de Geo-radar (modificado de Parizzi,2004).



aproximaram das superfícies interpretadas nosradargramas. A retroanálise indica os parâmetrosresponsáveis pela condição de equilíbrio limitedo talude. O perfil do Talude Planetóides e omodelo de ruptura elaborado durante a retroaná-lise estão mostrados na Figura 3b.

O segundo talude, Rio Acima, apresentaaltura de 35 m e inclinação geral de 30º (Fig. 5).No maciço observa-se a xistosidade bem pronun-

ciada com direção e mergulho geral de N60/30º que,localmente, muda para N335/30º devido à presençade um dobramento suave e aberto, com eixo N15/23º. Além da xistosidade, foram identificadas trêsfamílias de fraturas subverticais, persistentes e comespaçamento médio de 90 cm. Estas sãoresponsáveis pela delimitação dos blocos de xistoque se rompem do xisto. As Classificações RMR(Bieniawiski, 1989) e Q (Barton et al., 1974) do

Fig. 3. a) Radargrama do perfil L1, obtido ao longo do talude, com antenas de 100 MHz; b) perfil interpretado do talude.



Fig. 5. Mapa Topográfico do Talude Rio Acima, no qual são mostrados os depósitos de tálus e os perfis de Geo-radar, L1e L2 (modificado de Parizzi, 2004).

Fig. 4. Radargrama do perfil L4, transversal ao talude, com antenas de 100 MHz.



maciço foram realizadas para a obtenção de valoresaproximados dos parâmetros de resistência. Aclassificação do maciço conforme o critério RMRfoi classe V (nota = 7), ou seja, maciço muito ruim,com valores prováveis de ângulos de atritos menoresou iguais a 15º e coesão menor que 100 kPa. Pelocritério de Barton, o ângulo de atrito encontradofoi de 14º, valor próximo ao encontrado pelaclassificação RMR.

A análise cinemática das descontinuidadespermitiu a comprovação de que o maciço rochosoé susceptível apenas a rupturas planares (Fig. 6).As superfícies de ruptura são paralelas aos planosde xistosidade, que por sua vez, são paralelos aoplano do talude.

Os perfis de Geo-radar foram realizados naface do talude ao longo das linhas L1 e L2 (Fig.5), objetivando caracterizar melhor o sistema dedescontinuidades do maciço e outras estruturaspresentes. O perfil L1 foi obtido a partir da cota760 m até a cota 774 m do talude, paralela aomergulho da xistosidade. O segundo perfil L2 foi

obtido transversalmente ao perfil L1, na cota de 764m.

Pela análise do radargrama do perfil L1 (Fig.7), foram observados planos de xistosidadeligeiramente ondulados e das descontinuidadessubverticais, principalmente as famílias de fraturasJ3 e J4. Mais além, verificou-se que as desconti-nuidades subverticais são persistentes e atingemprofundidades maiores (cota 748 m). Entretanto,a continuidade de algumas fraturas é interrompidapor uma reflexão sub-horizontal à profundidadede 752,70 m com forte amplitude, a qual foiinterpretada como veio de quartzo. Em direçãoao topo do talude, ao final da linha L1, as reflexõesdas descontinuidades estão mais nítidas. Nesseponto, também pode-se observar maiorimbricação dos planos de xistosidade,interpretada como resultante dos escorregamen-tos planares dos blocos limitados pelasdescontinuidades. À medida que se deslocam, osblocos rompidos comprimem uns aos outrosprovocando imbricação e desenvolvimento detrincas.

Fig. 6. Projeção Estereográfica (Schmidt Lambert) exibindo a análise cinemática das descontinuidades do Talude RioAcima.



O radargrama do Perfil L2 (Fig. 8) permitiu avisualização do dobramento aberto dos planos dexistosidade, das famílias de fraturas “J2” e do(possível) veio de quartzo cortando as camadasem profundidade (cota 752,70 m).

Pela análise dos dados geotécnicos e geofísi-cos, observou-se que o Talude Rio Acima sofrerupturas planares segundo blocos pouco espessos,paralelos aos planos de xistosidade. De um modogeral, o comprimento desses blocos é determina-do pelo espaçamento entre as fraturas subverticaise a espessura é determinada pelo espaçamentoentre as fraturas paralelas à xistosidade, que nãoultrapassam 50 cm. As aberturas maiores que 3cm, observadas nas famílias de fraturas subverti-cais, são indicadores de deslocamento dos blocos.As fraturas paralelas à xistosidade, são, provavel-mente, desenvolvidas pelo alívio de tensão eestimuladas pelos escorregamentos dos blocossotopostos e pela a percolação da água nasdescontinuidades. Utilizando-se os parâmetros

obtidos na classificação do maciço e na análisecinemática, fez-se uma análise da estabilidade dotalude com relação à ruptura planar com autilização do programa Plane Failure Analysis.

As seguintes características foram estabeleci-das para a configuração do bloco de ruptura:

- A face inferior do talude corresponde aocorte realizado na base do talude, com altura de1,30, direção paralela à xistosidade e mergulhode 90º.

- A face superior do talude corresponde àface do maciço com direção e mergulho paraleloao da xistosidade. Entretanto, o valor domergulho foi de 29,8º e não de 30º, isso paraatender às condições de análise de ruptura planarde Hoek & Bray (1981) e Kroeger (2000) que,dentre outras, determinam que a inclinação daface superior do talude deve ser menor que ainclinação do plano de ruptura.

As famílias de fraturas subverticais, quedelimitam os blocos, geram possíveis fendas de

Fig. 7. a) Radargrama do perfil L1, obtido com antenas de 100 MHz, ao longo do talude; b) perfil interpretado doradargrama.

a b



tração e são caminhos de percolação da água atéos planos de xistosidade. Neste caso, as fraturassubverticais implicariam em fendas de traçãoprofundas e cada plano de xistosidade é umapossível superfície de ruptura.

4. Conclusões

Os estudos geotécnicos prévios nortearamo trabalho da prospecção geofísica, pois definiramqual o tipo de estrutura e material a ser investiga-do e qual a posição e traçado das linhas deprospecção, os quais foram essenciais para aobtenção dos dados utilizados nas análises deestabilidade. Pela análise dos resultados foi possí-vel a distinção dos condicionantes e dos mecanis-mos de ruptura atuantes nos taludes investigados.

A partir da análise dos radargramas foipossível determinar os seguintes parâmetros:

- A geometria e localização das superfíciesde rupturas, possibilitando a detecção de super-

fícies planares ou circulares nos depósitos de tálus emaciços rochosos;

- A espessura dos depósitos superficiais e otraçado da superfície de contato depósito/maciçorochoso;

- A intensidade e profundidade de fratura-mento dos maciços, os quais são importantes as-pectos para a análise do estado geral de degradaçãodo maciço rochoso, e para a verificação da influên-cia das descontinuidades na percolação da água edefinição da geometria dos blocos que se rompem.

Esses parâmetros foram essenciais para aexecução das retroanálises e outros estudos deestabilidade. Os dados obtidos pelas retroanálisespodem contribuir para o desenvolvimento deplanos de defesa civil que visem o monitoramentonos taludes.

Diante dos resultados foi possível estabeleceros mecanismos de ruptura dos taludes:

No Talude Planetóides, rupturas do tiporastejamento e escorregamentos circulares ocor-

Fig. 8. a) Radargrama do perfil L2, obtido com antenas de 100 MHz, transversalmente à direção do talude; b) perfilinterpretado do radargrama.

a b



rem no tálus com espessura de 3 m. As superfíciesde ruptura não alcançam necessariamente ocontato solo/maciço, demonstrando que a frentede saturação provoca tensões que alcançam astensões de fluência do material antes de seratingido o contato.

Em taludes com cortes paralelos à xistosida-de, como o Talude Rio Acima, ocorre somente oescorregamento planar. Nestes taludes o processode alívio de tensão contribui para a total perda deresistência coesiva dos planos de xistosidade. Osblocos limitados pelas outras famílias dedescontinuidades ficam, praticamente, sustentadospelo atrito, até que, durante a estação chuvosa, aágua infiltrada desencadeia as movimentações.

Conclui-se que o Geo-radar foi umaferramenta importante no estudo de escorrega-mentos de taludes, pois os dados que forneceupermitiram a identificação dos parâmetrosessenciais na análise dos processos de ruptura.

Agradecimentos

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimentode Científico e Tecnológico (CNPq) pelo financia-mento dessa pesquisa – Número 4703/2001.

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