XIV SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENSRECIFE

AGOSTO 1981

SOBRE SAPROLITOS DE BASALTO

TEMA : I

Eng. Clovis Ribeiro de Moraes LomeCESP - Companhia Energetics de Sdo PoiIo

147

SOBRE SAPROLITOS DE BASALTO

Clovis Ribeiro de Iloraes Leme (*)

1. INTRODUcAO

0 estudo dos materials naturals existentes em determinado

local, a de especial interesse na Engenharia de Barragens. Nas re

gi6es baselticas, notadamente na grande bacia sedimentar do Parana,

os materials intermediarios entre o solo e a rocha adquiriram impor

tancia economica ao ser demonstrada a possibilidade de sua utiliza

cao em macigos compactados - caso dos materials mais alterados - e

como camada de transicao, no caso dos materials seos.

A experiencia brasileira com os materials de transig o en

tre solo e rocha, tem sido registrada em trabalhos diversos, Como

os de Paes de Barros (72), Mello (73), Cruz et al (75),Mori et al

(78) e Sardinha et al (81). E notorie a preocupac o com os mate

riais de basalto mostrada pelos autores citados.

2. 0 HORIZONTE SAPROLITICO

Deere e Patton (71) propuseram uma classificag o que aqua

e adotada, embora outras correntes sejam mais propensas adoc o

de criterios e nomenclatures diversas. Os nomes de saprolito (jovem

e maduro), solo saprolitico, solo de alteradoo de rocha, solo resi

dual, rocha branda, rocha extremamente fraturada e alterada, tem si

do empregados (as vezes impropriamente) pars o material em questao.

Entretanto, como no ha uma nomenclature adotada, o que certamente

traria beneficios, e aqui entao adotada a descricAo dada por Mori

et al (78), pera'um horizonte tipico de solos basAlticos,baseada na

proposta por Deere e Patton (71):

"coluviao": horizonte superior, geralmente descrito como argila

porosa, vermelha.Frequentemente apresenta estrutura porosa quan

(*) Engenheiro da Divisao de Geotecnia, Departamento de Engenharia

vil da CESP.

Ci

149

do indeformado;

"solo residual maduro": proveniente de alteradao " in, situ" da

rocha de origem , no apresenta resqufcios de estrutura de rocha.

Frequentemente ocorre fina camada de cascalhos sobrejacente ao

solo residual . Geralmente descrito como argila vermelha;

"saprolito": tambem chamado " solo de alterareo de rocha" ou "so

lo residual j ovem". . Apresenta visualmente um extremo f returamen

to, com blocos de basalto imbricados com paredes alteradas e o

xidadas . Os saprolitos em geral tem aspecto heterogeneo mas con

tinuo, com variacao em profundidade conforme seu estado de alte

racao . Deste , depende o tipo de material envolvente (arenoso ou

argiloso ) e grau de alterareo dos blocos de rocha (semi altera

do ou alterado). Os saprolitos sao passiveis de escavacao ma

nual.

Quando em estagio de semi-alteradao , no permite a

realizacao de ensaios usuais de solos , devido a impossibilidade

de moldagem de corpos de provaj

"rocha alterada": bastante fraturada, no apresenta frarao de

solo apreciayel. que englobe os blocos de rocha . Muitas vezes

escavevel mecanicamente com equipamentos pesados.

OS ENSAIOS CLASSIFICATtRIOS

Como bem lembram Sardinha et al ( 81) seria talvez con

veniente a utilizacao de uma Mecanica do Saprolito, para classifi

car, identificar e prever comportamentos deste material que, par no

ser solo nem rocha, no se enquadra totalmente no embito quer da Me

cenica dos Solos quer da Mecanica das Rochas , sem deixar de possuir

caracteristicas que o enquadrariam em um e outro campo de estudo.

A pr6pria palavra saprolito ja nos indica isso, pots sib

nifica, literalmente, rocha podre . Podre, mas no o suficiente pars

ser considerado o produto final da intemperizageo da rocha; su

ficientemente podre pars no ser encarado segundo as criterios de

Mecanica das Rochas , mas no padre o suficiente pare ser encaixado

na Mecanica dos Solos.

E sempre conveniente a lembranca que as centros que pio

neiramente estudaram as caracteristicas dos solos, situam-se geo

graficamente em locals onde o sub-solo se comp6e basicamente do so

los sedimentares , como Boston , Londres, Oslo. Desta forma , e nitu

150

ral que o primeiro pensamento da moderna Mecanica dos Solos se vol

tasse aos recalques exagerados de edificios altos, no colapso de

fundaroes, de escorregamentos ao longo de ferrovias suecas, em por

tos alemaes etc.

Tais fenomenos sao as condicionantes dos estudos que ini

ciaram a Mecanica dos Solos,a mola-mestra da pesquisa das caracte -

risticas dos solos, e e claro, o material utilizado para desenvolvi

mento dos ensaios indice e de outros ensaios rotineiramente emprega

dos em solos, foi o encontrado naqueles locais.

A execugao de ensaios-indice pressupoe o preparo anterior

da amostra, sendo este realizado segundo as diretrizes do MB-27.

Ora, um preparo que encerra um secamento, destorroamento e homoge

neizarao da amostra, s6 pode pretender refletir as propriedades de

um solo que no sejam significativamente afetadas por tal manipula

cao.

Nota-se mesmo que quando tal manipulareo afetou de modo

significativo o comportamento do solo, foi tornado o cuidado de deft

nir indice que refletisse o comportamento anomalo. E o caso do pare

metro "sensibilidade" de argila, criado para as "quick clays", que

apresentam marcante influencia da estrutura nos aspectos de resis

tencia. Realmente, qual seria o interessante pratico em se saber os

valores, por exemplo, dos limites de Atterberg dos argilo-minerais

constituintes de uma rocha?

Verifica-se, no entanto, ao se manusear saprolitos, que a

operarao de destorroamento leva a um material que seria o produto

da intemperizacao final de seu horizonte, conforme se verifica na

Figura 1. Nesta,as curvas indicadas ilustram o resultado de ensaios

granulometricos sobre uma mesma amostra de saprolito de basalto,pro

veniente de Nova Avanhandava, rio Tiete, SP, sem se proceder ao des

torroamento (faixa "a") e efetuando-se o destorroamento (faixa "b").

Como se percebe, ha uma grande diferenga entre as results

dos obtidos corn e sem a manipulacao da amostra. Corn certeza, mate

riais corn granulometria do tipo da faixa "a" seriam classificados -

como no plasticos, no entanto, se trabalhado, ate a faixa "b", es

to mesmo material fornece valores de limites de Atterberg que o

classificariam como argila de alta plasticidade.

151

100

0

v

21NLN

D M Ma

4(

61

8t

1c0,10,0 1

20 Q2

SILTE LJ. FINA I A.4 !ALA A

FIG. 1

PEDRLGULHQ

1 00

Fenomeno similar ocorre tambem no caso de ensaio de com

pactarao, segundo o MB-33 pois tambem emprega o MB-27 para o prepa

ro da amostra. No entanto, ao se executar ensaio de compactarao sem

tal preparo,mas apenas separando manualmente os fragmentos maiores,

acontece ainda uma evolucao granulometrica na amostra devido a acen

tuada quebra de grans durante o processo dinamico de compactacao.Es

to evolugao da granulometria, e aqui chamada de instabilidade granu

lometrica, o que parece refletir adequadamente o comportamento des

crito.

A Figura 2 abaixo, ilustra com muita proprietada este ins

tabilidade granulometrica durante a compactageo em laboratorio, con

forme observado na barragem de Salto Santiago (rio Iguaqu, PR).

ORAFICO DEGRANULOMETWIA

100 0

0 100

Q3 MATERIAL NATURAL VIRGEM

© APOS 3J PONTO DO PROCTOR

Q7 APOS 29 P ONTO DO PROCTOR

Ards Y PONTO DO PROCTOR

4

-F 7

( 10DIAMETRO DOS 61110 (0.1

0,01 0,1 I 10

DIAMETRO DOS ORAOS(..

I APIG ILA SILTS I . SILTE4 SILTED AFIN A AMED,AAGROSSA PEOREOULNO

IS. 2

100

I

1000

1

152

Outra questao que se abre, a relativa ao teor de umidade.

A fragao fina do saprolito "in natura" possui teor de umidade mais

elevado que a sua fragao grossa. Ao se verificar uma transformacao

granulometrica devida a aplicagao de energia exterior, acontece uma

migragao interna de agua, tendendo a tornar mais homogeneo o teor

de umidade do saprolito. E alcangada a homogeneizacao de umidades

ao se atingir a estabilidade granulometrica apps sucessivas quebras

dos grans, sendo possivel o equilibrio entre os teores de umidade -

das fragoes fina e grossa em qualquer estagio intermedierio da evo

lugao da granulometria.

Assim, a questao aberta a forma de se encarar um teor de

umidade determinado nos moldes usuais, no caso de saprolito.

4. ENSAIOS ESPECIAIS

Sob tal rotulo, e aqui abordado o comportamento dos sapro

litos - "in natura" e compactados - face a ensaios de permeabilida

de, adensamento edometrico e triaxiais. Marcantes diferengas axis

tem entre os solos sedimentares e os saprolitos quanto as diversas

possiveis causas de influencia nos resultados de ensaios. Sem a pre

tenseo de exaurir o assunto,seo a seguir discutidos os aspectos que

parecem ser os mais condicionantes em termos de influencia nos re

sultados.

4.1. Permeabilidade

Para os aspectos da determinagao do coeficiente de permea

bilidade em permeametros, anel de adensamento e "in situ" (po

gos de grande dimenseo), existem diversas influencias que no

foram ate o momento devidamente quantificadas. No entanto,qua

litativamente.pode-se afirmar que as seguintes fatores afetam

o comportamento dos saprolitos "in natura":

- moldagem de corpos de prova: apresenta influencia dire

to na possivel obturaceo de fissuras no decorrer das ope

ragoes de desgaste do topo e base da amostra. Em analogia

a esta ocorrencia, verifica-se deposigeo de material argi

loso nas irregularidades das paredes de pogos de grandes

dimensoes (0 = 1,20 m) escavados manualmente. Em furos

de sondagem, pode ocorrer a obturageo de fissuras devido

ao amassamento provocado pela ferramenta de corte;

153

- descompressao da amostra : provoca teoricamente um efei

to mais marcante nos horizontes menos intemperizados ( sa

prolitos jovens ), pots existindo fissuras permeeveis es

tas tereo coeficientes de permeabilidade proporcionais ao

cubo de sua abertura.

E apresentada aqua uma comparacao entre determinacoes de

coeficiente de permeabilidade , Para um mesmo horizonte de sa

prolito de Nova Avanhandava, segundo diversos metodos emprega

dos:

- permeametro ( am.indef .) ............. 10-3 cm/s

- anel de adensamento (am.indef.) ..... 2,6x10-5 cm/s

(p'= 1,6 kg/cm2)

- pogo de 0 1,20 m .................... 7 x 10-3 cm/s

- sondagem (0 = 4") ................... entre 10-3 e 10-4

cm/s

- saprolito compactado em laborat6rio . 3 x 10-7 cm/s.

4.2. Compressibilidade

Quanto aos ensaios de adensamento oedometrico, parece ha

ver uma forte influencia do atrito lateral. Ao ser reportada

a origem deste ensaio , a mess uma vez verificado que seu en

foque inicial foi para solos sedimentares moles , com consis -

tencia de , por exemplo , manteiga. Este efeito de atrito late

ral, aparece ao se comparar os resultados de ensaios triaxiais

drenados para a determinacao de Ko a ensaios de adensamento e

dometrico, como ilustra o grefico ex log p', abaixo, para sa

prolitos da barragem de Taquaruqu , compactados em laborat6rio

com GC = 93% e h = hot - 2%, sendo tais parametros determina-

dos conforme rotinasTnormalmente empregadas.

154

PRESSOES (ka/ce)

017

0,6

0, 5

ko DRENADO

A.H. TAQUARUCUP0c0 PEE-1 ( A. H -1)

0,1 1,0

FIG. 3

ADENSAMENTOOEDOMEYRICO(ANEL FLUTUANTE)

10,0

Na analise dos resultados de ensaios de adensamento oedo

metrico em saprolitos compactados em laboratorio , nota-se in

tensa influencia do preparo da amostra nos resultados, fruto

da intemperizagao forrada a que a amostra a submetida. Desta

forma, resultados que rotulam o saprolito como material de

compressibilidade exagerada , sao encontrados . Como exemplo -

seo a seguir indicados resultados de valores medios do indice

de compressed ILc1 para materiais abaixo provenientes de Nova

Avanhandava (NA) e Taquarugu (TA) (TA - rio Paranapanema- SP/

PR):

a.) coluviao argilo3o compactado

em laboratorio ............. 0,29 (NA) ... 0,20 (TA)

b.) saprolito compactado em labo

rat6rio .................... 0,57 (NA) ... 0,58 (TA)

c.) saprolito "in natura" ...... 0,55 (NA) ... 0,48 (TA)

Como observam Sardinha et al (81), a saprolito compactado

em aterros de Salto Santiago apresenta- se como material menos

compressivel que o coluvio compactado, nas medigoes dos ins

155

trumentos all instalados para o acompanhamento da obra.Em ob

servacoes visuais de pogo aberto no aterro da subestacao de

Nova Avanhandava, no saprolito compactado, a nitida e unenime

impressao dos tecnicos que o inspecionaram, foi que se trata

de material bastante rigido, pouco compressivel. Entretanto -

estas observacoes, quer qualitativas quer quantitativas, no

se traduzem em termos de resultados de ensaios de laboratorio,

conforme se depreende dos valores obtidos, aqui citados.

A correta interpretacao dos fatores que levam a comporta-

mento discrepante entre campo e laboratorio, a caso aberto.Se

ria a influencia do desconfinamento da amostra suficiente pa

ra produzir tais discrepancias?

4.3. Resistencia ao Cisalhamento

Je a execucao de ensaios pars a discriminacao dos parame

tros de resistencia de saprolitos, parece ser condicionada a

penas es dimensoes do corpo de prova, face a dimensao da -

maior particula.

Parece existir uma tendencia, revelada em ensaios de de

senvolvimento de pressao neutra, dos materiais saproliticos -

compactados em laboratorio apresentarem baixos valores de

presses neutras, como mostram os graficos de variacao do pa

rametro B de Skempton com a pressao principal maior,mostrados

a seguir para saprolitos compactados em laboratorio, para di

versas condicoes de moldagem (segundo metodos usuais) e va

rios teores de umidade. Esta propriedade je havia sido citada

por Mori et al (78).

Este comportamento e devido, provavelmente, a dissipacao

de pressao neutra em "macro-poros" formados na estrutura do

saprolito (Mello, 78). Uma comprovacao pretica deste fenomeno,

foi observada em Salto Santiago (Sardinha et al, 81), onde se

verificou com leituras de campo que o desenvolvimento de pres

s6es neutras e menor para os aterros compactados de saproli -

tos que para os de coluvio e solo residual maduro.

156

0

0

I 2 3 4 5 6 7 8 9 I0(rkp/cm)

LEGENDA:------- ENSAIO PH ( h=hot-2%)

AI P 6 )( 0 2ENS O N k: , ( h=hot- %)ENSAIO PH- ( h=h f)-- o

- - - - PENSAIO N l k = 0,6 )( h= hot )

ENSAIO PH ( h= hot+ 1% )

---- ENSAIO PN (k=0 ,6)(h=hot+I%)

I^

I,

,0 01

/•

/ GC =97 0

FIG. 4

5. IMPLICAQOES NO PROJETO E CONSTRUcAO

Sao diversas as Eases de um projeto de barragem de terra,

relacionadas diretamente a presenga de saprolitos disponiveis, quer

como material de aterro quer como fundarao.

Os espaldares de uma barragem de terra e enrocamento, uma

vez analisadas as implicag6es de compressibilidade e resistencia,po

dem ser apoiados cm camada natural de saprolito. Ora, ao serem re

portadas as curvas granulometricas da Figure 1 e evidente a posigao

de desconfianra de um projetista que no esteja familiarizado ao

material. Assim,seria este levado a promover um adequado transicio-

namento em divers-as camadas entre o saprolito e o enrocamento, o

que nem sempre a necessario. Uma simples.camade de rochas fines e,

na maioria dos casos, o suficiente para se promover a adequada dis

tribuirao,na fundarao.das tensoes devidas ao enrocamento, no ocor

rendo problemas de arrasto de material (Mello, 80).Evidentemente, e

xistem restrig6es a tal colocarao para casos de saprolitos provenien

tes de rochas com elevado teor de minerals expansivos (como a non -

tronita), passiveis de repida intemperizagAo (questao de horas), co

157

mo os • encontrados na fundaceo da barragem de Tres Irmaos ( rio Tiete

- SP), onde por questao de seguranga houve a opcao por transicoes

mais convervativas.

Assim como material de transigao natural, o saprolito jo

vem (ou stria rocha se intensamente fraturada, com pelicula de mate-

rial de alteracao nas fissures?) pods ser utilizado quer em obras

provisorias quer em obras defipitivas (Pass de Barros - 72). Tel pro

cedimento levy a uma economia (que pods ser consideravel), no consu-

me de materiais processados, evitando eventualmente o emprege de

britadores e centrais de peneiramento com maiores capacidades.

Quanto aos aspectos de compressibilidade e resistencia, as

caracteristicas do saprolito compactado possibilitam, apes as devi-

dos estudos, um zoneamento que leve a um balango de volumes que per

mita um aproveitamento otimizado e rational dos emprestimos, ao se

rem consideradas as questoes de producao e compactabilidade x preci-

pitacao pluviometrica, comparadas as exigencias de projeto. Como se

)ercebe, a utilizacao de saprolitos compactados leva a uma menor a

rea necesseria aos emprestimos, dada sua exploracao em maiores pro

fundidades.

Quanto a compactacao, os saprolitos apresentam na pratica,

uma menor tendencia a provocar o aparecimento de borrachudos. Mori

et al (78) explicam tal comportamento face a distencia existente en

tre os teores de umidade otima e do limite de plasticidade. Assim,

ao se elevar a umidade do saprolito, este no atinge to rapidamente

seu estado plastico, evitando desta forma o fenomeno de rupturas de-

vidas ao excesso de presseo neutra face as tensoes instaladas no so

lo, por forma dos equipamentos de transporte a/ou compactacao.

6. CONTROLE DE COMPACTAcAO

Os metodos tradicionais de controle de compactacao sofrem,

devido a sua metodologia executiva , as influencias aqui relatadas,no

item 3.

A caracterfstica de instabilidade granulometrica a manipu-

lacao, a fenomeno que leva,talvez,ao emprego de tecnica diferente da

usual.Entende-se que parametros de controle de compactacao podem ser

relativos a quaisquer metodos desde que seja verificado:

- repetitividade de resultados para amostras semelhantes, sub

metidas a mesma rotina de ensaio por diferentes operadores;

158

- sensibilidade numerica a valores obtidos de amostras em dife

renter estados de compacidade;

- facilidade e rapidez de execucao dos ensaios.

De uma forma qualitativa, um aterro compactado de saproli

to de basalto e bastante rigido, exigindo mesmo emprego de picareta

para sua perfuracao manual conforme a observado no aterro da subes-

tacao do Nova Avanhandava. 0 aspecto do um pogo aberto em aterro do

saprolito compactado em camadas soltas de 20 cm com 4 passadas de

rolo liso vibratorio de peso estetico 10 t, e excelente, coma cita-

do no item 4.2.

Realmente, os pontos acima podem ser conseguidos em um

controle de compactarao. Sardinha et al (81) no relato da utiliza -

g5o de saprolitos em Salto Santiago, esclarecem que para a obtencao

do peso espec;fico seco meximo foi realizada uma media ponderada de

densidades maximas para as fragoes A> 2", 2"4 B4 3/8" e C< 3/8". No

entanto ressaltam ser relativamente complexo e trabalhoso o metodo,

pela necesseria partilha da amostra e pela intensa fragmentacao ve

rificada na frarao grauda.

No foi ainda desenvolvido metodo que satisfara os requi-

sitos de campo e escritorio para um controle e registro do estado -

do material empregado, no caso de saprolitos. Esforros tem sido em

preendidos no caso, sendo esperado que solucao adequada seja encon-

trada em curto espago de tempo.

7. CONCLUSOES

A instabilioade granulometrica dos saprolitos de basaltos

e responsevel por seu peculiar comportamento nos diversos estagios

de evolucao granulometrica, deixando margem a muitas duvidas quanto

interpretacao de ensaios normalmente executados em solos.

As implicag6es em projeto, quer na parametrizarao, quer -

na decisao quanto ao zoneamento a ser empregado, alem dos aspectos

relativos a transig6es, e de suma importancia, podendo assumir rele

vante papel na economia Obra, alem de facilitar a logistica para

a construCeo de obra de porte.

Sendo o material passivel de ser escavado mecanicamente -

com equipamentos usuais , seu emprego a sem divida, do interesse tan

to do Empreiteiro, coma do Projetista e da Empresa Concessionaria.

159

8. AGRADECIMENTOS

Sinceros agradecimentos sao externados a CESP - Companhia

Energetica de Sao Paulo, pela permisseo dada a divulgacao dos dados

aqui contidos e pelas facilidades oferecidas a elaboracao do presen

to trabalho. Em particular, profunda gratideo a devida aos compa

nheiros Roberto de Oliveira Celeri, Euclides Gabriel Correa Junior,

Ronaldo Costa Torres Junior, Iramir Barba Pacheco, Luiz Morita, Car

los Pimenta, Claudio Sorregotte, Marcos Luis Vasconcellos e Mario

Gramani Guedes, da Divisao de Geotecnia da CESP, pelos comenterios,

cr"ticas e discussoes a respeito de saprolitos e pelos incentivos

publicacao do presente texto.

A Srta. Nilda Maria da Silva, pela paciente datilografia

e traducao de meus garranchos, ao Sr. Gilberto Junqueira pelo capri

cho dos desenhos.

9. BIBLIOGRAFIA

- CESP - Companhia Energetica de Sao Paulo - Relatorios do Laborat6

rio Central de Engenharia Civil.

- CRUZ, P.T. et al (75) - "Usina Capivara - Utilizacao de Solos de

Alteracao de Basalto na Construcao de Barragens de Terra" - Anais

do X SNGB, Curitiba.

Deere, D.U. e Patton, F.D. (71) - "Slope Stability in Residual

Soils" - State of the Ar Report.Proceedings, IV Panamerican

Conference on SMFE, Puerto Rico.

- Mori, R.T. et al (78) - "Saprolitos de Basalto - Um Estudo de seu

Comportamento Geote-cnico em Macigos Compactados". Anais do 64

CBMSEF, Rio de Janeiro.

de Mello, V.F.B. (73) - Panel Discussion on Question 42. 11th

ICOLD, Madrid.

- de Mello, V.F.B. (78) - Comunicacoes Pessoais.

de Mello, V.F.B. (80) - Parecer CNA-210580 a CESP - Companhia Ener

getica de Sao Paulo.

Paes de Barros,F (72) - "Propriedades Tecnol6gicas do Material GM

e sua utilizacao na Barragem de Capivara"-Anais do 49 SPGA,Seo -

Paulo.

Sardinha,A.E. et al (81) - "Utilizacao de Saprolitos de Basalto em

Aterros Compactados na Usina Hidroeletrica de Salto Santiago",Ele-

trosul - 34 CBGE, Itapema, SC

Terzaghi,K (36)-Presidential Adress,lst ICSMFE,Cambridge,

Massachussets.

160

RESUMO

0 emprego nas obras de grande porte de materiais saproli-

ticos, e .fator de economia e racionalizacao da construcao. Entretan

to, os resultados de ensaios geotecnicos sobre tais materiais, tra

zem duvidas quanto ao real comportamento do material quando utiliza

do em aterros, como transicao e mesmo como fundacao. Sao revistos -

os problemas normalmente encontrados na execucao e interpretacao -

dos ensaios geotecnicos e sua implicacao em projeto e construcao.

A instabilidade granulometrica dos saprolitos de basalto

e a grande responsevel por seu peculiar comportamento no correr dos

varios estegios de evolucao granulometrica. Interpretacoes nao u

suais dos resultados de pesquisas de laboratorio, sao necessarias a

melhor compreenseo de seu comportamento como material de construcao.

161