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UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETO FACULDADE DE CIÊNCIAS DEI-GEOLOGIA CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOTÉCNICA DA ÁREA DE IMPLANTAÇÃO DO NOVO PORTO DE LUANDA A PARTIR DE RESULTADOS DO STANDARD PENETRATION TEST (SPT) TRABALHO DE FIM DE CURSO DE LICENCIATURA EM GEOLOGIA (GEOLOGIA APLICADA) No 71/2011 Elaborado ...

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Tese Hortênsio Bondo e Igídio de Carvalho Hortênsio Bondo

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UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETO FACULDADE DE CIÊNCIAS DEI-GEOLOGIA

CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOTÉCNICA DA ÁREA DE IMPLANTAÇÃO DO NOVO PORTO DE LUANDA A PARTIR DE RESULTADOS DO STANDARD PENETRATION TEST (SPT)

TRABALHO DE FIM DE CURSO DE LICENCIATURA EM GEOLOGIA (GEOLOGIA APLICADA) No 71/2011

Elaborado por: Hortênsio Felisberto de Fátima Bondo – 91096 Igídio Miguel de Carvalho – 37207

BONDO, H. e CARVALHO, I.

UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETO FACULDADE DE CIÊNCIAS DEI-GEOLOGIA

CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOTÉCNICA DA ÁREA DE IMPLANTAÇÃO DO NOVO PORTO DE LUANDA A PARTIR DE RESULTADOS DO STANDARD PENETRATION TEST (SPT)

TRABALHO DE FIM DE CURSO DE LICENCIATURA EM GEOLOGIA (GEOLOGIA APLICADA)

No 71/2011

Elaborado por: Hortênsio Felisberto de Fátima Bondo – 91096 Igídio Miguel de Carvalho – 37207 Orientadores: Professor Doutor André Buta Neto Professor Doutor Fernando Bonito ii

BONDO, H. e CARVALHO, I.

Índice Geral

Pág

DEDICATÓRIA

ix x xi xii

INTRODUÇÃO

1

OBJECTIVOS GERAIS

1

OBJECTIVOS ESPECÍFICOS

1

AGRADECIMENTOS RESUMO ABSTRACT

CAPÍTULO 1- METODOLOGIA DE TRABALHO 1.1 METODOLOGIA DE TRABALHO 1.2 MATERIAIS E TÉCNICAS 1.2.1 Fotografias Aéreas 1.2.2 Imagens Satélite 1.2.3 Mapas Topográficos 1.2.4 Carta Geológica 1.2.5 Fotografias aéreas da área de estudo 1.2.6 Imagens satélites da área de estudo

3 8 8 8 9 10 13 15

CAPÍTULO 2- ENQUADRAMENTO GEOGRÁFICO DA ÁREA 2.1 VIAS DE ACESSO 2.2 HISTÓRIA / CULTURA 2.3 CLIMA E VEGETAÇÃO 2.4 SOLOS 2.5 GEOMORFOLOGIA E HIDROGRAFIA

17 18 19 20 22

CAPÍTULO 3- ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO DA ÁREA 3.1 PRINCIPAIS BACIAS SEDIMENTARES DE ANGOLA 3.2 EVOLUÇÃO TECTÓNICA-SEDIMENTAR 3.3 SUBSIDÊNCIA REGIONAL 3.4 ESTRATIGRAFIA DA BACIA DO KWANZA 3.5 CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA DA ÁREA DE ESTUDO

29 30 33 34

3.6 COLUNA LITOESTRATIGRÁFICA

38 41

3.7 IDENTIFICAÇÃO DA MICROFAUNA

45

3.8 PALEOAMBIENTE

46

3.9 MAPA DE AMOSTRAGEM

49

3.10 DESCRIÇÃO DAS SECÇÕES LITOLÓGICAS (LOGS)

50

iii

BONDO, H. e CARVALHO, I.

3.11 UNIDADES LITO - BIOESTRATIGRÁFICAS

64

3.12 CORRELAÇÃO LITO-BIOESTRATIGRÁFICA

65

3.13 DESCRIÇÂO DO ESBOÇO LITOLÓGICO DA ÁREA DE ESTUDO

67

CAPÍTULO 4- CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA 4.1 ENSAIOS DE CAMPO

70

4.2 PRINCIPIOS E REALIZAÇÃO DE ENSAIOS SPT

70

4.3 APLICABILIDADE

73

4.4 FACTORES QUE AFECTAM OS RESULTADOS

73

4.4.1 Preparação da sondagem

73

4.4.2 Comprimento das Varas e diâmetro do furo

74

4.4.3 Dispositivo de golpe

75

4.4.4 Normalização do sistema de pancada

76

4.5 CORRECÇÕES DE NSPT 4.5.1 Correcção devido ao nível freático

76 76

4.6 PARAMETROS GEOTECNICOS PARA TERRENOS GRANULARES 78 4.6.1 Densidade relativa

78

4.6.2 DR e a classificação de Terzagui e Peck

78

4.6.3 DR e pressão de confinamento

80

4.6.4 DR considerações finais

80

4.6.5 Ângulo de Atrito Interno

82

4.6.6 Deformabilidade

83

4.7 PARAMETROS GEOTECNICOS PARA TERRENOS COESIVOS

84

CAPÍTULO 5- APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS ESULTADOS 5.1 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

87

CAPÍTULO 6- CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 6.1 CONCLUSÕES

100

6.2 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

100

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

102

iv

BONDO, H. e CARVALHO, I.

LISTA DAS FIGURAS Capítulo 1 Figura 1: Reconhecimento do local do furo e montagem do equipamento Figura 2: Colocação do amostrador Terzaghi e realização do ensaio Figura 3: Descrição macroscópica dos testemunhos de sondagem Figura 4: Testemunhos de sondagem rotativa Figura 5: Testemunhos de sondagem SPT Figura 6: Etapas da análise da análise micropaleontológia Figura 7: Sequências de fotografias da região do Dande (a, b, c e d) Figura 8: Foto mosaico da região do Dande Figura 9: Imagens satélite da zona de estudo, ilustrando as características geomorfológicas Capítulo 2 Figura 10: Mapa de Angola e destaque da Província do Bengo, com localização do Município do Dande Figura 11: Vegetação existente na região do Dande Figura 12: Bacia hidrográfica do Dande, Província do Bengo Figura 13: Bacia hidrográfica do Lifune, Província do Bengo Figura 14: Bacia hidrográfica da baixa do Dande, evidenciando o rio Dande e as eventuais lagoas Figura 15: Bacia hidrográfica da baixa do Lifune, evidenciando o rio Lifune Capítulo 3 Figura 16: Principais bacias sedimentares de Angola Figura 17: Esquema representativo da fase “Pré-rift” Figura 18: Esquema representativo da fase “Sin-rift I” Figura 19: Esquema representativo da fase inicial (a) e final (b) do“Sin-rift II” Figura 20: Esquema representativo da fase inicial (a) e final (b) do“Pós-rift” Figura 21: Esquema representativo da fase de “Subsidência regional” Figura 22: Estratigráfica da bacia do Kwanza Figura 23: Carta geológica da bacia do Kwanza Figura 24: Coluna litoestratigráficas da bacia do Kwanza Figura 25: Afloramento (AF1) Figura 26: Afloramento (AF2) Figura 27: Afloramento (AF3) Figura 28: Distribuição paleoambiental dos foraminíferos Figura 29: Mapa de amostragem Figura 30: Sondagem SP10

v

BONDO, H. e CARVALHO, I.

Figura 31: Sondagem SP1 Figura 32: Sondagem SP2 Figura 33: Sondagem SP4 Figura 34: Sondagem SP6 Figura 35: Sondagem SP9 Figura 36: Sondagem SP11 Figura 37: Sondagem SP17 Figura 38: Sondagem SP3 Figura 39: Sondagem SP16 Figura 40: Sondagem SP15 Figura 41: Sondagem SP8 Figura 42: Sondagem SP12 Figura 43: Sondagem SP5 Figura 44: Corte sintético litológico Figura 45: Correlação lito-bioestratigráfica Figura 46: Esboço litológico da área de estudo Capítulo 4 Figura 47: Amostrador padrão Figura 48: Diferentes fases do ensaio Figura 49: Ensaio SPT Figura 50: Testemunhos de sondagem SPT com os respectivos dados Figura 51: Vários tipos de martelo Figura 52: Dispositivo de golpe com corda e roldana Figura 53: Comparação dos distintos factores de correcção CN Figura 54: Relação entre N e DR% Figura 55: Ábaco de Gibbs e Holtz comparado com o de Terzaghi e Peck Figura 56: Estimativa de Meyerhof e Peck et al Figura 57: Estimativa de � em função de NSPT e Tensão efectiva vertical Figura 58: Valores da resistência a compressão simples a partir de NSPT para solos coesivos de distintas plasticidades Capítulo 5 Figura 59: Localização dos furos de sondagem Figura 60: Sondagem SP1 Figura 61: Sondagem SP3 Figura 62: Sondagem SP4 Figura 63: Sondagem SP6

vi

BONDO, H. e CARVALHO, I.

Figura 64: Sondagem SP8 Figura 65: Sondagem SP9 Figura 66: Sondagem SP10 Figura 67: Sondagem SP11 Figura 68: Sondagem SP12 Figura 69: Sondagem SP14 Figura 70: Sondagem SP15 Figura 71: Sondagem SP16 Figura 72: Sondagem SP17 LISTA DAS TABELAS Tabela 1: Coordenadas geográficas da província do Bengo Tabela 2: Localização geográfica dos afloramentos estudados Tabela 3: Ambientes, hábito, e idades das espécies de foraminíferos Tabela 4: Amostragem dos poços estudados Tabela 5: Correcção de N pelo comprimento das varas Tabela 6: Correcção de N pelo diâmetro da sondagem Tabela 7: Comparação dos distintos factores de correcção Tabela 8: Valores de CN para distintos tipos de solos Tabela 9: Classificação de Terzaghi e Peck, modificado por Skempton Tabela 10: Propriedades comuns de solos argilosos Tabela 11: Dados dos furos de sondagens LISTA DE SÍMBOLOS E ACRÓNIMOS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM - American Society for Testing Materials AFT - Afloramento CN - Factor de correcção Dr - Densidade Relativa (ou compacidade) do solo qu - Resistência a compressão simples (tsf) Log - Logarítimo L - Comprimento das varas N - Número de golpes N1 - Valor de NSPT corrigido para uma tensão de referência de 100

vii

BONDO, H. e CARVALHO, I.

NSPT - Índice de resistência à penetração NBR - Associação Brasileira de Normas Técnicas N60 - Valor de NSPT corrigido para 60% da energia teórica de queda livre (N1)60 - Valor de NSPT corrigido para energia e nível de tensões KPa - Kilopascal SPT - Ensaio de penetração padrão (Standard Penetration Test) SP - Furo de Sondagem t/m2 – Tonelada por metro quadrado Tg - Tangente ’v0 - Tensão efectiva vertical em repouso � - Ângulo de atrito interno

Kg/cm2 – Kilograma por centímetro quadrado psi – pounds per square inch ISSMFE – T16 International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering – Technical Com e max - Índice de vazios máximo e min - Índice de vazios mínimo e0 - Índice de vazios in situ  Peso volúmico do solo

dmax - Peso volúmico seco máximo

max - Peso volúmico máximo min - Peso volúmico mínimo

ap - Peso volúmico aparente

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BONDO, H. e CARVALHO, I.

AGRADECIMENTOS A Deus, o grande Arquitecto do Universo, por nos ter concedido a vida e a força necessária para a realização deste trabalho. Aos nossos pais, familiares pelo apoio incondicional. Aos nossos orientadores Prof. Doutor André Buta Neto e Prof. Doutor Fernando Bonito por fazerem sempre a diferença nos momentos de maiores dificuldades. Ao colectivo de professores do Departamento de Geologia, em especial ao Dr. Mega Fontes e Dr. Cirilo Cauxeiro por nos terem ajudado no processo de busca de conhecimentos necessários para desenvolver este projecto. À Empresa SOLOTÉCNICA – CIS, principalmente ao Engenheiro desse projecto, e ao Sondador Belmiro e seus ajudantes por terem demonstrado imensa boa vontade e espírito de cooperação ao transmitirem informações dos ensaios SPT e executarem as sondagens, parte fundamental deste trabalho de fim de curso da Licenciatura. A todos os colegas que directa ou indirectamente mostraram-se sempre dispostos a ajudar nos momentos difíceis.

ix

BONDO, H. e CARVALHO, I.

RESUMO

O presente trabalho tem como tema Caracterização Geológica e Geotécnica da Área de Implantação do Novo Porto de Luanda, a partir de resultados de Ensaios “Standard Penetration Test” SPT. Foi elaborado pelos estudantes Hortênsio Felisberto de Fátima Bondo e Igídio Miguel de Carvalho, no âmbito de um projecto de fim de curso de Licenciatura em Geologia na especialidade de Geologia Aplicada, no Departamento de Geologia da Universidade Agostinho Neto, com os apoios da Empresa SOLOTÉCNICA, Gabinete de Reconstrução Nacional (GRN) e Departamento de Geologia da Faculdade de Ciências da Universidade Agostinho Neto. A caracterização geológica da área de estudo, baseou-se no reconhecimento geológico da referida área, na interpretação das distintas secções litológicas (logs), nas análises paleontológicas onde identificaram-se algumas espécies de foraminíferos, o que permitiu determinar o paleoambiente da área de estudo. Efectuou-se também correlações lito-bioestratigráficas a partir de algumas secções litológicas, permitindo assim a elaboração do corte sintético litológico. Finalmente elaborou-se o esboço litológico da área de estudo. Foram realizados ensaios SPT em algumas localidades do município do Dande, essencialmente na zona de Cabacaça, Calenguela, Catumbo, Pambala. Efectuou-se também correcções dos resultados SPT considerando os efeitos do peso volúmico, da tensão efectiva vertical, do diâmetro do furo, do comprimento do trem de varas, estes dois últimos de acordo com as propostas de Skempton (1986) e Uto & Fujuki (1981). Foram também efectuadas correcções devidas aos efeitos da pressão de confinamento de acordo com as propostas de Skempton (1986), Liao & Whitman (1985) e Gibbs & Holtz (1957). Tendo por base a Bibliografia, foi realizada a parametrização geotécnica, a partir das correlações clássicas que permitem estimar a ordem de grandeza dos parâmetros indexados às propriedades físicas, à compacidade, à consistência, à resistência e à deformabilidade. Por outro lado, aquela avaliação permitiu uma abordagem comparativa com as propriedades e características geológicas determinadas em estudos de fotointerpretação, estudos de campo, bem como análises de laboratório. Palavras-Chave: Correcções, Correlações, Formações, Golpes, Solos, Sondagem, secções litológicas.

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BONDO, H. e CARVALHO, I.

ABSTRACT This work has theme Geological and geotechnical characterization in the Area of Implantation of the new Porto of Luanda, from results of tests “SPT” Standard Penetration Test. It was prepared by the following students Hortênsio Felisberto de Fátima Bondo e Igídio Miguel de Carvalho, under a draft order Degree in Geology in the specialty of Applied Geology, in the Department of Geology at Agostinho Neto University, with the support of the Company SOLOTÉCNICA, General Office of National Reconstruction (GNR) and Department of Geology in Faculty of Science at Agostinho Neto University. The geological characterization of the study area was based on the geological reconnaissance of the aforementioned area in the interpretation of the different lithological sections (logs), in paleontological analysis where we identified some species of foraminifera, which allowed us to determine the paleoenvironment of the study area. Correlations lithobiostratigraphycs were also made from some sections of lithological sections, thereby enabling the preparation of synthetic litologic cut. Finally we elaborated the outline geology of the study area. SPT tests were conducted in some localities of the municipality of Dande, primarily in the area of Cabacaça, Calenguela, Catumbo, Pambala. It also made corrections to the SPT results considering the effects of volume weight, the vertical effective stress, the diameter of the hole, the length of the train of rods, the two last ones according to the proposals of Skempton (1986) and Uto & Fujuki (1981). Corrections were also made to the effects of pressure containment according to the proposals of Skempton (1986), Liao & Whitman (1985) and Gibbs & Holtz (1957). Based on the Bibliography, we performed a geotechnical parameter, from classical correlations that allow to estimate the size of the indexed parameters to physical properties, compactness, consistency, resistance and deformability. On the other hand, that evaluation allowed a comparison with the properties and geological characteristics determined in studies of photo interpretation, field studies and laboratory analysis. Keyword: Corrections, Correlations, Training, Hitting, Soil, Survery, lithological sections.

xi

BONDO, H. e CARVALHO, I.

Aos meus pais pelo total apoio e incentivo, aos meus irmãos por estarem sempre do meu lado.

Hortênsio Felisberto de Fátima Bondo

A Deus pelo fôlego da vida, aos meus pais por me apoiarem sempre incondicionalmente, aos meus irmãos e amigos por estarem sempre do meu lado e acreditarem em mim.

Igídio Miguel de Carvalho

xii

BONDO, H. e CARVALHO, I.

INTRODUÇÃO

O presente trabalho de fim de curso foi desenvolvido na área científica de Geologia Aplicada, mais especificamente no domínio da Geotecnia e trata da caracterização geológica e geotécnica da área de implementação de um novo Porto Comercial, situado na zona da Barra do Dande, a partir da interpretação de uma quantidade significativa de resultados obtidos mediante a realização do designado Ensaio de Penetração Normalizado ou, como é mais conhecido, na literatura inglesa, Standard Penetration Test (SPT). Trata-se de um ensaio de penetração dinâmica e é tanto em Geologia de Engenharia como em Geotecnia ou em Engenharia Civil, o método mais utilizado mundialmente para reconhecimento do subsolo e avaliação da resistência dos maciços terrosos, fundamentalmente devido à facilidade de execução e baixo custo associado. Com efeito, os parâmetros obtidos através deste ensaio são amplamente utilizados para o cálculo da capacidade resistente dos maciços de fundação. Assim, o SPT consiste, em medir o número de golpes necessários para fazer um amostrador normalizado penetrar no solo três trechos sucessivos de 15 cm, totalizando 45 cm. Nesta base, na área de estudo foram executados 20 sondagens com SPT. Foram utilizados os resultados de 14 furos de sondagem para a realização do presente trabalho.

OBJECTIVOS GERAIS 

Determinar as diferentes litologias da área de estudo e o respectivo paleoambiente.



Estimar a capacidade de carga dos solos da área de estudo a partir de resultados do ensaio SPT, bem como compreender a sua ordem de grandeza à luz do conhecimento geológico recolhido quer da bibliografia quer adquirido nos trabalhos de campo.

OBJECTIVOS ESPECÍFICOS 

Reconhecer e classificar a microfauna de foraminíferos;



Elaborar secções litológicas (Logs) a partir dos furos de sondagem;



Compreender a execução do ensaio e aplicar as correcções aos valores do NSPT;



Estabelecer correlações entre os valores do SPT (registados e corrigidos) e os diferentes parâmetros geotécnicos.

1

BONDO, H. e CARVALHO, I.

CAPÍTULO 1 METODOLOGIA DE TRABALHO

2

BONDO, H. e CARVALHO, I.

1. METODOLOGIA DE TRABALHO A metodologia seleccionada, com base nos objectivos preconizados, foi a seguinte: 1. Elaboração do modelo de investigação e levantamento bibliográfico. Para esta fase, recorreu-se inicialmente ao estudo de fotografias aéreas da região que permitiu a elaboração de cartas preliminares, esboços, ulteriormente o reconhecimento de algumas formações referidas nos trabalhos já efectuados na área segundo Agostinho et al (1995) e Victorino e Nascimento, (2006). 2. Levantamento de dados de campo: Esta fase baseou-se no acompanhamento das sondagens em obra (Figura 1), na identificação e descrição das diferentes litologias presentes na área de trabalho a partir das amostras recolhidas no amostrador Terzaghi, bem como no reconhecimento dos tipos de contactos existente entre as distintas formações;

a

b

FIGURA 1 - a) Reconhecimento do local do furo; b) Montagem do equipamento

3

BONDO, H. e CARVALHO, I.

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b FIGURA 2- a) Colocação do amostrador Terzaghi; b) Realização do ensaio SPT

3. Trabalho de laboratório: Esta fase dividiu-se em duas etapas: 1. Descrição das carotes e testemunhos de sondagem SPT As amostras utilizadas no presente trabalho são testemunhos (carotes) dos furos de sondagem rotativa e à percussão. Algumas foram recolhidas com recurso ao amostrador Terzaghi, durante a excução do SPT na área de trabalho, como se pode observar nas páginas 4 e 5. Após a sua recuperação, as amostras foram conservadas em caixas devidamente etiquetadas, com indicação da ordem de amostragem através de setas e respectivas profundidades e penetrações. As amostras foram descritas macroscopicamente com ajuda de uma lupa e ácido clorídrico (HCI).