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Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure
SBMR 2014 – ISRM Specialized Conference 09-13 September, Goiania, Brazil
© CBMR/ABMS and ISRM, 2014
SBMR 2014
Caracterização do Maciço Rochoso onde será Assente os Pilones
da Ponte Estaiada da Linha 4 do Metrô Rio
José Tavares Araruna Júnior
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
Patrício José Moreira Pires
Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, Brasil, [email protected]
Carla Caroline Allessi
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
Camyla Margarete Magalhães de Oliveira
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
RESUMO: O presente trabalho apresenta e discute os resultados da campanha de investigação
geofísica realizada na área que compõe a Linha 4 do Metrô da Cidade do Rio de Janeiro. O
levantamento foi realizado próximo ao emboque do túnel na Barrinha, na Estrada da Barra da
Tijuca entre as Pontes Nova e Velha, e almejou a verificar a integridade do maciço rochoso onde
serão apoiados os elementos de fundação do pilone da ponte que ligará o emboque do túnel a
estação do metrô do Jardim Oceânico. O levantamento geofísico foi executado empregando um
radar de penetração (gpr) da marca Malå Geoscience, modelo Ramac, acoplado a uma antena todo
terreno (RTA’s) de 100MHz de frequência central. A fim de auxiliar a interpretação dos
levantamentos geofísicos, foi elaborado um modelo geológico, através do pacote computacional
RockWorks15, com base nos dados constantes nos boletins de 14 sondagens. Os resultados da
investigação geofísica realizada na área onde será locada a fundação do pilone da ponte sobre o
canal da Barra, empregando uma antena de 100MHz de frequência central e em profundidades de
até 13m, apresentaram regiões com blocos de rocha imersos na massa de solo. Constatou-se ainda a
presença de juntas de alívio. Verificou-se também que as faces dessas juntas não apresentam
intemperização.
PALAVRAS-CHAVE: geofísica, modelagem geológica, integridade de maciço rochoso.
1 INTRODUÇÃO
O Metrô do Rio Janeiro está a expandir a sua
malha viária no intuito de interligar a Zona Sul
a Barra da Tijuca. O trajeto, com 16km de
extensão, conectará a Estação General Osório
localizada em Ipanema à Estação Jardim
Oceânico, a primeira localizada na Barra da
Tijuca e na Zona Oeste da Cidade, passando
pelos Bairros Leblon, Gávea e São Conrado.
As obras tiveram início em março de 2010 e
incluem um túnel de 5km de extensão entre São
Conrado e o Jardim Oceânico na Barra da
Tijuca. A ligação entre o emboque deste túnel
com a Estação Jardim Oceânico dar-se-á por
intermédio de uma ponte estaiada cujo pilone
será engastado em um maciço gnáissico. A
Figura 1 apresenta a concepção artística da
ponte que cruzará a Lagoa da Tijuca.
O presente trabalho apresenta e discute os
resultados da campanha de investigação
geofísica realizada próxima ao emboque do
túnel na Barrinha, na Estrada da Barra da Tijuca
entre as Pontes Nova e Velha. O levantamento
almejou a verificar a integridade do maciço
rochoso onde serão apoiados os elementos de
fundação do pilone da ponte.
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Figura 1. Concepção artística da ponte estaiada
O levantamento geofísico foi executado
empregando um radar de penetração (gpr) e a
fim de auxiliar a interpretação dos
levantamentos geofísicos, foi elaborado um
modelo geológico com base nos dados
constantes nos boletins das sondagens
realizadas no entorno.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O radar de penetração (gpr) é um método
geofísico que sofreu um crescente
desenvolvimento de teoria, técnica e aplicações
nas últimas duas décadas (Jol, 2009). O gpr é
um método geofísico não destrutivo que é
fundamentado na propagação e reflexão de
ondas eletromagnéticas (Annan, 1996).
As sondagens geofísicas são realizadas
através da movimentação das antenas
transmissoras e receptoras ao longo de um perfil
a ser analisado (Annan, 2003). A antena
transmissora emite pulsos eletromagnéticos na
superfície e a antena receptora registra os sinais
refletidos na interface entre os diferentes
materiais que apresentam propriedades
eletromagnéticas distintas (i.e., permissividade
dielétrica, condutividade elétrica e
permeabilidade magnética).
Através dos dados coletados podem-se
deduzir informações importantes do subsolo,
incluindo a presença de estruturas enterradas
(e.g., tubulações e elementos de fundação),
determinação do nível de água; delimitação de
camadas estratigráficas, profundidade e
integridade de maciços rochosos (Pires e
Araruna Jr., 2011; Araruna Jr. et al., 2007;
Souza et al., 2006a; Souza et al., 2006b e
Araruna Jr. et al., 2002).
A escolha da antena varia de acordo com a
profundidade a ser analisada sendo que quanto
maior a frequência da antena menor será a
penetração do sinal no meio poroso ou
fraturado.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Modelagem Geológica
A modelagem geológica foi realizada através do
emprego do pacote computacional RockWorks
versão 15. Empregou-se a Inverso da distância
para interpolar os resultados contidos em 14
boletins de sondagem (i.e., 4 sondagens
rotativas e 10 sondagens mistas) realizadas no
entorno onde será construído o pilone da ponte
estaiada.
3.2 Levantamento Geofísico
O levantamento geofísico foi executado
empregando um radar de penetração (gpr) da
marca Malå Geoscience, modelo Ramac. O
equipamento, visto na Figura 2, consiste de uma
unidade de aquisição e controle instalada em
uma mochila, vista na Figura 3, onde os sinais
das ondas eletromagnéticas, emitidos e
recebidos, são transferidos para um monitor
acoplado a mochila (vide Figura 2). Através do
monitor é possível visualizar os sinais
eletromagnéticos e o seu armazenamento em
meio digital. No levantamento foi utilizada uma
antena de 100MHz de frequência central.
Figura 2. GPR Malå empregado no levantamento –
monitor
odômetro antena
RTA de
100Mhz
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antena RTA de 100MHz
Figura 3. Unidade de aquisição e controle do GPR Malå
O posicionamento da antenas foi realizado
através de um odômetro, visto na Figura 2, que
transmite os sinais eletromagnéticos à unidade
de aquisição e controle, com isso é possível
posicionar o local onde há possíveis
interferências relacionadas ao maciço rochoso.
Os dados adquiridos foram processados
utilizando-se o programa RadExplorer®. Todos
os radargramas obtidos foram processados
utilizando-se os mesmos recursos de
processamento. Primeiramente, corrigiu-se o
atraso da onda direta para a posição zero
utilizando o filtro Time Zero Adjustment, para
depois empregar os filtros: Amplitude
Correction e Bandpass Filtering.
Os parâmetros utilizados nos processamentos
dos dados da área nos limites entre terrenos
foram:
Velocidade de propagação da
onda: 110m/µs
Janela de aquisição: 265,1ns
Intervalo entre traços – 0,150m
Determinação da velocidade da
onda no meio por correlação com
hipérboles padrões do RadExplorer:
15,7cm/ns (velocidade determinada)
4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS
RESULTADOS
4.1 Modelagem Geológica
A Figura 4 apresenta a localização dos 14 furos
de sondagem cujas informações foram
empregadas na confecção do modelo geológico.
A partir destas informações foi possível
confeccionar o diagrama visto na Figura 5 que
representa a distribuição
estratigráfica/geográfica dos materiais presentes
na região de entorno onde serão construídos os
elementos de fundação do pilone.
Observa-se no modelo estratigráfico uma
maior concentração de materiais
inconsolidados, seja de origem sedimentares e
ou residual, na quase totalidade do modelo. A
presenta do maciço rochoso no modelo esta
representada e limitada apenas na porção
nordeste, conforme por ser observado na Figura
5, onde é observado o tipo litológico biotita
gnaisse. A concentração é maior no modelo de
materiais inconsolidados devido ao elevado
mergulho do maciço rochoso. Na face do
maciço onde se encontra o localizado o
emboque escavado esse mergulho é da ordem
de 75°.
Com a ajuda das ferramentas geoestatísticas
citadas no item 3.1 foi possível gerar o modelo
3D representado na Figura 6.
Figura 4. Localização dos furos de sondagem
Figura 5. Furos de sondagem
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Figura 6. Modelo geológico do terreno
4.2 Levantamento Geofísico
O levantamento geofísico foi realizado durante
a madrugada a fim de minimizar os ruídos
ambientais decorrentes da construção do túnel.
Ao todo foram realizadas cinco seções (e.g.,
1614, 1617, 1616, 1621 e 1622). A Figura 7
apresenta o levantamento sendo realizado na
seção 1614 enquanto que a Figura 8 mostra o
levantamento sendo realizado na seção 1622.
Figura 7. Levantamento geofísico sendo realizado na área
do emboque do túnel
Figura 8. Levantamento geofísico sendo realizado na área
onde serão locados os blocos intermediários da fundação
da ponte
A seção 1614 está posicionada no emboque
do túnel e foi realizada no sentido longitudinal
do túnel na direção emboque estação Jd.
Oceânico. A Figura 9 apresenta a sua
localização enquanto que a Figura 10 apresenta
o radargrama a ela associado.
Ressalta-se que a partir da distância de 20m
do início do radargrama o terreno apresenta um
desnível natural, que é coincidente ao ponto
onde se encontra o GPR na Figura 7. Como não
é possível representar esse desnível no
processamento do radargrama a seção é
apresentada como se fosse uma seção plana.
A representação no radargrama da “Área 1”
identifica diversos blocos de rocha imersos na
massa de solo. Este comportamento é muito
semelhante ao observado nos diversos boletins
de sondagem fornecidos pelo consórcio
construtor, e representado no modelo geológico
apresentado na Figura 6.
Figura 9. Localização da seção 1614
Figura 10. Radargrama da seção 1614
Os pontos destacados no radargrama da
Figura 10 (e.g., 1, 2, 3, 4 e 5) podem estar
associados às descontinuidades presentes no
maciço rochoso. Essas descontinuidades
possivelmente estão relacionadas à presença de
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juntas de alivio (diáclase). Imagina-se que as
faces dessas juntas não se encontram
intemperizadas, posto que não se observou
atenuação do sinal das ondas eletromagnéticas
nesta área.
Observaram-se ainda no radargrama
ilustrado na Figura 10, áreas com tom de
amarelo. Este fato foi constatado na
extremidade direita do radargrama (>20m) e
pode estar associada à elevada saturação do
material de fundação.
A Figura 11 apresenta a localização da seção
1617, que foi realizada no sentido transversal ao
emboque do túnel. O radargrama a ela
associado encontra-se ilustrado na Figura 12.
Figura 11. Localização da seção 1617
Figura 12. Radargrama da seção 1617
Os pontos destacados no radargrama da
Figura 12 (e.g., 1, 2, 3 e 4) podem estar
associados a descontinuidades presentes no
maciço. Essas descontinuidades possivelmente
são juntas de alívio. Assim como observado na
seção 1614, imagina-se que as faces dessas
juntas não estejam intemperizadas.
A seção 1616 está posicionada no emboque
do túnel e foi realizada no sentido longitudinal
do túnel na direção emboque acesso estação
Jd. Oceânico. A Figura 13 apresenta a sua
localização enquanto que a Figura 14 apresenta
o radargrama a ela associado.
Constatou que o meio onde foi levantada a
seção 1616 é muito semelhante ao meio da
seção 1614. Verificou-se ainda a presença de
diversos blocos de rocha imersos na massa do
aterro.
Os pontos destacados no radargrama (e.g., 1,
2, 3, 4 e 5) podem estar associados à presença
de descontinuidades no maciço. Essas
descontinuidades podem estar relacionadas à
juntas de alívio (diáclase). Imagina-se que as
faces dessas juntas não se encontram
intemperizadas uma vez que não houve
atenuação do sinal nesta área.
Figura 13 Localização da seção 1616
Figura 14. Radargrama da seção 1616
A seção 1621 está localizada
transversalmente ao eixo do túnel, localizada no
local dos blocos intermediários para a fundação
da ponte, conforme pode ser visto na Figura 15.
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Figura 15. Localização da seção 1621
O radargrama associado a seção 1621 pode
ser visto na Figura 16. Nesta Figura, as
descontinuidades 1, 2 e 3 podem estar
associadas às juntas de alívio. Já a
descontinuidade 4 pode estar associada a uma
camada de aterro com aproximadamente 0,50m
de espessura.
Figura 16. Radargrama da seção 1621
A seção 1622 está localizada
transversalmente ao eixo do túnel, e
posicionada no local dos blocos intermediários
para a fundação da ponte. A Figura 17Figura
apresenta a sua localização e o radargrama a ela
associado pode ser visto na Figura 18.
Na seção 1622 as descontinuidades 1, 2, 3
podem estar associadas às juntas de alívio. Já a
descontinuidade 4 pode estar associada a uma
camada de aterro com aproximadamente 0,80m
de espessura.
Figura 17. Localização da seção 1622
Figura 18. Radargrama da seção 1622
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados da investigação geofísica
realizada na área onde será locada a fundação
do pilone da ponte sobre o canal da Barra,
empregando uma antena de 100MHz de
frequência central e em profundidades de até
13m, apresentaram regiões com blocos de rocha
imersos na massa de solo.
Constatou-se ainda a presença de juntas de
alívio. Imagina-se também que as faces dessas
juntas não apresentam intemperização posto que
não foram constatadas atenuação de sinal das
ondas eletromagnéticas nos radargramas a elas
associadas.
AGRADECIMENTOS
Os autores desejam manifestar os seus
agradecimentos ao Consórcio Construtor Rio
Barra.
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REFERÊNCIAS
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Annan, A.P. (2003). Ground Penetrating Radar:
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Araruna Jr., J.T, Pires, P.J.M., Pilotto, D. L.; Amaral,
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Jol, H.M. (2009). Ground Penetrating Radar: Theory and
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Pires, P.J.M. e Araruna Jr., J.T. (2011). The Use of
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