baixada santista - implicações da história geológica no projeto de fundações

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Artigo científico a respeito de implicações das história geológica em projeto de fundações.

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  • Baixada Santista: Implicaes da Histria Geolgicano Projeto de Fundaes

    Baixada Santista: Implicaciones de la Histria Geolgica en el Proyeto de Fundaciones

    Santos Coastal Plains: Implications of the Geological History in the Design of Foundations

    Faial Massad, Dr. EngProfessor Titular, EPUSP

    BrasilResumo. Durante dcadas as argilas sedimentares da Baixada Santista foram consideradas como normalmente

    adensadas. Acreditava-se que se formaram num nico ciclo de sedimentao, contnuo e ininterrupto. Diante da ocorrnciade argilas mdias ou duras, apelava-se para expresses como "caso inusitado"; ou, perante o fato destas argilas serem, porvezes, levemente sobre-adensadas, invocava-se o efeito do envelhecimento ("aging"). S recentemente se descobriu queas oscilaes relativas do nvel do mar, durante o Quaternrio, esto na raiz da sedimentao costeira no Brasil. E queocorreram pelo menos dois ciclos de sedimentao, entremeados por intenso processo erosivo, associados com doisepisdios transgressivos, de nveis marinhos mais elevados que o atual, que deram origem a dois tipos de sedimentosargilosos, um, Pleistocnico e, o outro, Holocnico, com propriedades geotcnicas distintas. Mostram-se: (a) os possveismecanismos de sobre-adensamento, decorrentes da gnese desses sedimentos, confirmados recentemente por ensaios depiezocone; (b) que muitas das propriedades de engenharia, quando adimensionalizadas em relao presso de pr-aden-samento, so prximas entre si, isto , os solos so semelhantes; (c) que dessa histria geolgica decorrem algumasimplicaes no projeto de fundaes e de aterros na Baixada Santista; e (d) que j possvel identificar sub-regies em queos sedimentos Holocnicos (Argilas de SFL) apresentam comportamentos diferenciados como fundao.

    Resumen. Durante dcadas las arcillas sedimentarias de la Baixada Santista fueron consideradas como normalmenteconsolidadas. Se creia que estas se formaron en un nico ciclo de sedimentacin, contnuo e ininterrupto. En presenciade la existencia de arcillas mdias y duras, se usaban expresiones como caso inusitado; o, frente al hecho de que estasarcillas presentaban, a veces, alto grado de consolidacin, se atribuia al efecto de envejecimiento (aging). Solorecientemente se descobrio que las oscilaciones relativas del nivel del mar, durante el cuaternrio, estn en la raiz de lasedimentacin costera en Brasil. Ocurrieron por lo menos dos ciclos de sedimentacin, entrelazados por un intenso procesoerosivo, asociados a dos episdios transgresivos, de niveles marinos mas elevados que el atual, que dierom origen a dostipos de sedimentos arcillosos, con propiedades geotcnicas distintas. Se muestran (a) los posbles mecanismos de altogrado de consolidacin, devido a la genesis de estos sedimentos (b) que muchas de las propiedades de ingenieria, cuandoadimensionalizadas en relacin a la presin de preconsolidacin, son prximas entre s, (c) que de esa histria geolgicasurgen algunas implicaciones en el proyecto de fundaciones y de aterreos en la Baixada Santista y (d) que ya es posbleidentificar subregiones en que los sedimientos holocenicos presentan comportamientos diferenciados como fundacin.

    Synopsis. For many decades the sedimentary clays of the Brazilian coastal plains, particularly in Santos, have beenconsidered as soft, normally consolidated clays. It was believed that these soils were formed during a single depositionalcycle, without erosion, despite the fact that since the end of the 1940s it has been known that medium to hard clays,sometimes highly overconsolidated, apparently of the same origin, might occur deeper in the subsoil. Later on, the so calledsoft clays revealed to be lightly overconsolidated, attributed to the aging effect. Nevertheless, it was found out recentlythat a complex relative sea-level oscillation (shorelevel displacement) during the Quaternary was the main cause of thesedimentation on the coastal plains of Brazil. At least two depositional cycles occurred, with an intermediate erosiveprocess, associated with transgressive episodes of ancient high sea-levels, that gave origin to two different kinds of clayeysediments (Pleistocenic and Holocenic), with very distinctive geotechnical properties. It is shown: a) the possibleoverconsolidation mechanisms, related to the origin of these soils; b) that many engineering properties of both types ofsediments are almost identical if normalized with respect to the preconsolidation pressure; c) that from this geologicalhistory it follows some implications on the design of foundations and fills in the Santos coastal plains; and d) that it is nowpossible to identify sub-regions in which the Holocenic sediments show differentiated behavior as foundation materials.

    Solos e Rochas, So Paulo, 22, (1): 3-49, Abril, 1999. 3

  • Prembulo: Em Memria de Pacheco Silva

    Se for permitida uma breve digresso,comearia refletindo sobre as intrigantes e instigan-tes relaes entre cincia, histria e memria.

    A nossa cincia, a Mecnica dos Solos, en-quanto mecnica, comporta leis que independemdo tempo (histria). Alcemos vo, por instantes,deixando os solos de lado. Segundo Pais (1982)a Nova Cinemtica de Albert Einstein, publicadaem Junho de 1905, baseia-se em dois postulados: asleis da fsica so as mesmas e a velocidade da luz constante, em qualquer referencial inercial. E mais,segundo este mesmo autor, em 1921, Einstein des-creveu trs pressupostos adicionais: as proprie-dades de rguas e relgios independem: a) daposio e do instante de tempo em que se movem(homogeneidade); b) da direo do movimento(isotropia); e c) da respectiva histria. Nas palavrasdo fsico Hawking (1997) as leis cientficas nodistinguem entre passado e futuro.

    No entanto, a histria manifesta-se na matria.Por exemplo, o universo est em expanso e, por-tanto, deve ter tido uma origem (o big bang?),uma histria. Voltemos aos solos. Enquanto mate-riais naturais tm, como sabemos, uma histriageolgica, isto , formaram-se e sofreram transfor-maes ao longo do tempo, memorizadas napresso de pr-adensamento e de acordo com pro-cessos que podem ser conhecidos atravs de obser-vaes, que so sempre feitas no presente. Comodisse o gelogo Charles Lyell (1830, citado porGould, 1991, e por Eicher, 1996), trabalhandonuma escala de tempo muito mais ampla que anossa, o presente a chave para entender o pas-sado. Pois, de resto, o passado no pode ser obser-vado, mas sim investigado atravs de testemunhose registros, dos mais variados tipos, desde os fsseisat os dados empricos anotados pelos que nosantecederam.

    Apesar de admitirmos a invarincia das leisnaturais, premissa bsica de toda cincia, a histriatambm se manifesta de outra forma: h que seconsiderar o tempo da descoberta ou a Histriadas Cincias. Por isso se pode falar, com pro-priedade, no progresso dos nossos conhecimentoscomo algo positivo, cuja conscincia (memria) indispensvel, principalmente nas cincias empri-

    cas como a nossa Mecnica dos Solos, que depen-dem essencialmente daqueles dados gravados ouregistrados no passado.

    neste contexto que gostaria de celebrar amemria de Pacheco Silva, nome que deve serlembrado sempre que se fala dos progressos dosconhecimentos das argilas sedimentares daBaixada Santista. Em recente homenagem, SousaPinto (1992) destacou as grandes contribuies dePacheco Silva, de quem era um interlocutor privi-legiado, como pude testemunhar pessoalmente;dentre elas cita o pioneirismo no uso do mtodo dastrajetrias das tenses na soluo de um problemaprtico de fundaes na Baixada Santista. Alis,para quem no o conheceu, Francisco PachecoSilva representava, para o meio tcnico nacional deento, o mesmo que Carlos de Sousa Pinto nosnossos dias.

    1. IntroduoDurante vrias dcadas as argilas sedimentares

    da Baixada Santista foram consideradas comomoles, normalmente adensadas. Acreditava-se queelas se formaram num nico ciclo de sedimentaocontnuo e ininterrupto, sem nenhum processoerosivo (Pacheco Silva, 1953-a).

    Em estudos conduzidos no final da dcada de1940 para a construo das fundaes da pontesobre o Canal do Casqueiro-Via Anchieta (Fig. 1),engenheiros do IPT concluram que ocorriam nolocal dois horizontais distintos de argilas orgni-cas. O primeiro, com espessura mdia de 15 m, eraconstitudo de argilas moles a mdias, com entre-meao de camadas de areias; o segundo, com 10 mde espessura, muito mais uniforme, era formado deargilas de consistncia rija. Abaixo desta camadainferior ocorriam camadas arenosas, compactas, ealgumas lentes de argilas duras. As camadas apre-sentavam-se sobre-adensadas, tendo estes enge-nheiros concludo que a histria geolgica do localno simples. Veja-se na Revista Politcnica(1950) uma descrio sucinta destes estudos.

    Diante de uma realidade mais complexa, cons-tatada por alguns achados, como a ocorrncia deargilas mdias ou duras, apelava-se para expressescomo caso inusitado (Teixeira, 1960) ou a exis-tncia de ilhas de areia em tempos pretritos, poste-riormente erodidas (Sousa Pinto e Massad, 1978).Ou ainda, perante o fato destas argilas serem, por

    Massad

    4 Solos e Rochas, So Paulo, 22, (1): 3-49, Abril, 1999.

  • vezes, levemente sobre-adensadas, invocavam-seefeitos ps-deposicionais como a cimentao (Var-gas, 1973) ou o aging (Sousa Pinto e Massad,1978).

    A importncia e a necessidade de um conhe-cimento sobre a gnese de nossos solos costeiroshaviam sido enfatizadas por Casagrande, por voltade 1950, quando prestou servios de consultoria aoDER/SP, e por Barata (1970), durante debates havi-dos no IV Congresso Brasileiro de Mecnica dosSolos e Fundaes.

    As variaes do nvel relativo do mar (N.R.M.),durante o Quaternrio, constituem o mecanismoprincipal de formao dos sedimentos marinhos dasplancies costeiras brasileiras, conforme trabalhospioneiros de Suguio e Martin (1978,a,b; e 1981). E

    que ocorreram pelo menos dois ciclos de sedimen-tao, entremeados por intenso evento erosivo,associados com pelo menos dois