UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

ESTUDO DA ERODIBILIDADE DE SOLOS E ROCHAS DE UMA VOOROCA EM SO

VALENTIM, RS

DISSERTAO DE MESTRADO

Jozlia Assuno Fernandes

Santa Maria, RS, Brasil

2011

ESTUDO DA ERODIBILIDADE DE SOLOS E ROCHAS

DE UMA VOOROVA EM SO VALENTIM, RS

por

Jozlia Assuno Fernandes

Dissertao apresentada ao Curso de Mestrado do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil, rea de Concentrao em Construo Civil e Preservao Ambiental, da Universidade Federal de Santa Maria

(UFSM, RS), como requisito parcial para obteno do grau de Mestre em Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Dr. Rinaldo Jos Barbosa Pinheiro

Santa Maria, RS, Brasil

2011

F363e Fernandes, Jozlia Assuno Estudo da erodibilidade de solos e rochas de uma vooroca em So Valentim, RS / por Jozlia Assuno Fernandes. 2011. 127 p. ; il. ; 30 cm

Orientador: Rinaldo Jos Barbosa Pinheiro Coorientador: Andra Valli Nummer Dissertao (mestrado) Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Tecnologia, Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil, RS, 2011

1. Engenharia civil 2. Eroso 3. Vooroca 4. Caracterizao geotcnica I. Pinheiro, Rinaldo Jos Barbosa II. Nummer, Andra Valli II. Ttulo.

CDU 551.435.162(816.5)

Ficha catalogrfica elaborada por Cludia Terezinha Branco Gallotti CRB 10/1109 Biblioteca Central UFSM

2011 Todos os direitos autorais reservados a Jozlia Assuno Fernandes. A reproduo de partes ou do todo deste trabalho s poder ser feita mediante a citao da fonte.

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil

A Comisso Examinadora, abaixo assinada, aprova a Dissertao de Mestrado

ESTUDO DA ERODIBILIDADE DE SOLOS E ROCHAS DE UMA VOOROCA EM SO VALENTIM, RS

elaborada por Jozlia Assuno Fernandes

como requisito parcial para obteno do grau de Mestre em Engenharia Civil

COMISSO EXAMINADORA:

___________________________________ Rinaldo Jos Barbosa Pinheiro, Dr. (UFSM)

(Presidente/Orientador)

_________________________________ Andra Valli Nummer, Dr. (UFSM)

(Co-Orientadora)

___________________________________ Cezar Augusto Burkert Bastos, Dr. (FURG)

___________________________________ Gregrio Luis Silva Arajo, Dr. (UNB)

Santa Maria, 12 de agosto de 2011.

Aos meus pais, Joo e Eva, e aos

meus irmos, Joo Rogrio, Rozlia,

Luclia e Maristela, dedico.

AGRADECIMENTOS

Agradeo primeiramente aos meus pais Joo e Eva pelo apoio, incentivo, os

quais fizeram o possvel e o impossvel para que eu nunca perdesse a confiana, aos

quais eu devo tudo. Exemplos a serem seguidos.

Aos meus irmos, Joo Rogrio, Rozlia, Luclia e Maristela, que sempre

estiveram presentes, me auxiliando e incentivando, compreendendo as minhas

angstias, companheiros de todas as horas, que sempre me estimularam a continuar, me

dando carinho, ateno e apoio.

Ao meu namorado, Maurcio, companheiro, amigo. Sempre recordarei da

expresso e palavras de apoio, carinho, incentivo, durante essa caminhada, entendendo

meus momentos de ausncia, medo e ansiedade.

Aos alunos de iniciao cientfica, do grupo de pesquisa GEOMA/UFSM,

Frederico, Keli, Gabriela e Letcia os quais me auxiliaram na realizao dos ensaios.

Ao Prof. Dr. Rinaldo e a Prof. Dr Andrea, pelos exemplos que me levaram a

descobrir caminhos para avanar na compreenso, compartilhando momentos de

reflexo e discusso, contando sempre com suas experincias profissionais e pessoais,

durante esse perodo.

Universidade Federal de Santa Maria, Instituio que viabilizou a obteno do

grau de Mestre em Engenharia Civil.

CAPES, pela bolsa concedida durante a realizao do mestrado.

A todos aqueles que de alguma forma contriburam para a realizao deste

trabalho.

Nem to longe que eu no possa ver, nem to

perto que eu possa tocar, nem to longe que eu

no possa crer que um dia chego l...

Nem to perto que eu possa acreditar que o dia j

chegou...

Engenheiros do Hawaii

RESUMO

Dissertao de Mestrado Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil

Universidade Federal de Santa Maria

ESTUDO DA ERODIBILIDADE DE SOLOS E ROCHAS DE UMA VOOROCA EM SO VALENTIM, RS AUTORA: JOZLIA ASSUNO FERNANDES

ORIENTADOR: RINALDO JOS BARBOSA PINHEIRO Data e Local da Defesa: Santa Maria, 12 de agosto de 2011.

A pesquisa, da qual resulta esta dissertao de mestrado, se desenvolveu em uma vooroca, conhecida como Buraco Fundo localizada no municpio de Santa Maria/RS. O objetivo principal foi o estudo da erodibilidade dos solos superficiais (horizonte A/B) e do substrato rochoso (rocha alterada, siltito e arenito) de um perfil tpico da rea da vooroca. A metodologia aplicada neste estudo consistiu no levantamento bibliogrfico, investigao de campo, ensaios de caracterizao e de avaliao indireta (ensaios de desagregao, infiltrabilidade e perda por imerso) e direta (Inderbitzen), e comparao com a proposta de Bastos (1999) para estimativa da erodibilidade de solos no saturados na regio de Porto Alegre. Os resultados obtidos na avaliao indireta da erodibilidade atravs da estimativa do fator de erodibilidade (KUSLE), da avaliao do potencial de desagregao dos solos e dos critrios baseados na metodologia MCT so os seguintes: para o solo do horizonte A/B bem como o de rocha alterada o fator KUSLE situou-se entre 0,20 e 0,30, sendo estes classificados como de mdia erodibilidade; para as camadas de siltito e de arenito este parmetro situou-se entre 0,30 e 0,54, caracterizando-as como materiais de mdia a alta erodibilidade. Os ensaios de desagregao mostraram a menor resistncia do arenito frente inundao, devido sua baixa cimentao. Os resultados dos ensaios baseados na Metodologia MCT destacam a maior susceptibilidade eroso da camada de arenito em relao aos outros materiais. Na avaliao direta da erodibilidade, atravs do ensaio de Inderbitzen, o arenito apresentou-se mais erodvel (K=0,045), principalmente nas amostras secas ao ar. Conforme a proposta de abordagem geotcnica de Bastos (1999), o parmetro K na umidade natural, ambas as camadas foram classificadas como de mdia a baixa erodibilidade. O resultado do coeficiente de erodibilidade KUSLE apresentou-se coerente com abordagem proposta pelo autor (KUSLE >0,20), sendo o arenito a camada mais erodvel. Com a anlise da Pp,200, verificou-se que o arenito a camada mais erodvel das estudadas. Quanto ao ndice de plasticidade (IP), razo de disperso (RD) e atravs da anlise do parmetro c, a tendncia proposta por Bastos no foi verificada no trabalho. Os parmetros apresentados na proposta de Bastos (1999), que tiveram melhor desempenho foram a Pp,200, o fator KUSLE e o critrio de erodibilidade da Metodologia MCT. Palavras-chave: eroso; vooroca; caracterizao geotcnica

ABSTRACT

Master's Thesis Programme of Post-Graduation in Civil Engineering

National University of Santa Maria

STUDY OF SOIL AND ROCK ERODIBILITY IN A GULLY IN SO VALENTIM, RS

AUTHOR: JOZLIA ASSUNO FERNANDES CHAIR: RINALDO JOS BARBOSA PINHEIRO

Date and place of the defence: Santa Maria, August 12th, 2011. The research of which this Master's Thesis results was carried out in a gully known as Buraco Fundo (Deep Hole), located in the municipality of Santa Maria, in Rio Grande do Sul. The main objective was the study of the erodibility of surface soils (horizon A/B) and rocky substrate (altered rock, siltstone and sandstone) of a typical profile of the gully area. The methodology used in this study consisted in review of the literature, field investigation, tests of characterization, indirect assessment (tests of disaggregation, infiltration and loss by immersion) and direct assessment (Inderbitzen); as well as comparision with the proposal of Bastos (1999) for estimating the erodobility of unsaturated soils in the region of Porto Alegre. The results obtained out of the indirect assessment of erodibility by means of estimating the erodibility factor (KUSLE), of assessing the potential of soil disaggregation, and of criteria based on MTC methodology are: for the soils of the horizon A/B and of the altered rock the factor KUSLE has been situated between 0,20 and 0,30, being them classified as medium erodibility rate; for the layers of siltstone and sandstone that parameter has been set between 0,30 and 0,54, allowing to characterize them as materials of medium to high rate of erodibility. The tests of disaggregation showed the weaker resistence of sandstone under flooding, owing to its low cementation. The test results based on the MCT methodology have highlighted the greater susceptibility to erosion of the sandstone layer in relation to other materials. In the direct assessment of erodibility, through Inderbitzen testing, the sandstone has been found to be more erosive (K = 0.045), mainly in air-dried samples. According to Bastos' (1999) proposal of geotechnical approach, e.g. the parameter K in natural moisture, both layers have been classified as medium to low erodibility. The result of the coefficient of erodibility KUSLE has been presented as consistent with the approach proposed by the author (KUSLE > 0.20), showing that the sandstone constituted the most erosive layer. Besides, through the analysis of Pp,200, it has been found that among the layers studied the sandstone is the most erosive one. As regards the plasticity index (PI), the ratio of dispersion (RD), and through the analysis of parameter c, the tendency proposed by Bastos has not been found in this work. The parameters proposed by Bastos (1999), which presented the best performance have been Pp,200, the factor KUSLE, and the erodibility criteria of MTC methodology. Keywords: erosion; gully; geotechnical characterization

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Eroso por salpicamento ou splash (IPT, 1999) ........................................... 18 Figura 2.2 Mecanismo do processo erosivo em um terreno com sulcos segundo

Vilar e Prandi (1993). ................................................................................... 20 Figura 2.3 Sulcos, ravinas e voorocas no Loteamento Algarve (BASTOS, 1999) ..... 22 Figura 2.4 Evoluo de uma vooroca (a) sob efeito da eroso interna e (b) sob

efeito do escorregamento das bordas (BIGARELLA e MAZUCHOWSKI 1985 apud BIGARELLA, 2003) ................................... 22

Figura 2.5 Esboo das feies erosivas associadas a escorregamentos na Serra do

Mar (DOMINGUES, 2001) .......................................................................... 25 Figura 2.6 Critrio de erodibilidade MCT segundo Nogami e Villibor (1995). ............ 40 Figura 2.7 Ensaio de infiltrabilidade da metodologia MCT para a avaliao da

erodibilidade (NOGAMI et al., 1987)........................................................... 41 Figura 2.8 Ensaio de erodibilidade especfica da metodologia MCT para a

avaliao da erodibilidade (NOGAMI e VILLIBOR, 1979) ........................ 42 Figura 2.9 Equipamento do ensaio de penetrao de cone (ALCNTARA e

VILAR, 1998 apud SILVA e RIBEIRO, 2001)............................................ 43 Figura 2.10 Relao entre DP e penetrao natural (ALCNTARA e VILAR, 1998

apud SILVA e RIBEIRO, 2001)................................................................... 44 Figura 2.11 Esquema do equipamento de Inderbitzen do LMS/UFRGS (BASTOS,

1999) ............................................................................................................. 47 Figura 3.1 Camada de arenito na base da vooroca ...................................................... 51 Figura 3.2 Coleta das amostras...................................................................................... 51 Figura 3.3 Etapas de execuo do ensaio. ..................................................................... 52 Figura 3.4 Retirada da amostra do anel para o ensaio de desagregao ....................... 55 Figura 3.5 esquerda esquema das condies de submerso, representando as

etapas do ensaio de desagregao. direita, amostra pronta para o ensaio. ........................................................................................................... 56

Figura 3.6 Esquema do ensaio de Infiltrabilidade da metodologia MCT (TATTO,

2007) ............................................................................................................. 58

Figura 3.7 Ensaio de Infiltrabilidade da metodologia MCT ......................................... 58 Figura 3.8 Curva tpica do deslocamento do menisco versus tempo para o ensaio de

infiltrabilidade da metodologia MCT (BASTOS, 1999) .............................. 59 Figura 3.9 Reduo da altura da amostra no ensaio de perda de massa por imerso

modificado. ................................................................................................... 60 Figura 3.10 Esquema do ensaio de perda de massa por imerso modificado da

metodologia MCT (TATTO, 2007) .............................................................. 61 Figura 3.11 Equipamento de Inderbitzen (TATTO, 2007) ............................................. 63 Figura 3.12 Preparo das amostras indeformadas para o ensaio de Inderbitzen............... 64 Figura 3.13 Amostra sendo erodida sob ao do fluxo na rampa. .................................. 64

Figura 3.14 Material coletado passando pelo conjunto de peneiras................................ 64 Figura 3.15 Amostra ao trmino do ensaio. .................................................................... 65 Figura 3.16 Curva tpica da perda acumulada de solo por rea de amostra versus

tempo para o ensaio Inderbitzen (BASTOS, 1999) ...................................... 65 Figura 3.17 Ajustamento da reta onde so estimadas a taxa de erodibilidade (k) e a

tenso cisalhante hidrulica crtica, h crit (BASTOS, 1999) ...................... 67 Figura 4.1 Localizao geogrfica da microbacia do Arroio Sarandi. A imagem de

satlite pertence ao software Google Earth (verso 5.0/2009). O mapa de localizao foi elaborado a partir do software Spring (4.0) (VILA, 2009) ............................................................................................................. 70

Figura 4.2 Localizao da Vooroca do Buraco Fundo na microbacia do Arroio

Sarandi. Imagem Google Earth (verso 5.0/2009). (VILA, 2009) ............ 71 Figura 4.3 Relevo de coxilhas suaves e alongadas no primeiro plano. Em segundo

plano uma vertente com declive mais acentuado (VILA, 2009)............... 71 Figura 4.4 Pecuria extensiva na rea de entorno da vooroca (VILA, 2009)........... 72 Figura 4.5 Dolina presente na rea de estudo (VILA, 2009)...................................... 73 Figura 4.6 Representao de dolinas e uvalas (BIGARELLA, 2003)........................... 74 Figura 4.7 Alinhamentos das direes de falhas na vooroca do Buraco Fundo .......... 75 Figura 4.8 Falhas na vooroca de So Valentim .......................................................... 75 Figura 5.1 Perfil II das camadas estudadas da Vooroca de So Valentim. ................. 77

Figura 5.2 Curvas granulomtricas obtidas com e sem defloculante. ........................... 80 Figura 5.3 Curvas tenso cisalhante por deslocamento e variao volumtrica por

deslocamento para as amostras do Horizonte A/B. ...................................... 84 Figura 5.4 Curvas tenso cisalhante por deslocamento e variao volumtrica por

deslocamento para as amostras da Rocha Alterada. ..................................... 85 Figura 5.5 Curvas tenso cisalhante por deslocamento e variao volumtrica por

deslocamento para as amostras do Arenito. .................................................. 86 Figura 5.6 Envoltrias de ruptura ao cisalhamento para os ensaios realizados na

umidade natural, inundada e seca ao ar. ....................................................... 88 Figura 5.7 Ensaio de desagregao para o Horizonte A/B, Rocha Alterada e

Arenito, respectivamente. (a) fase inicial do ensaio com gua na base das amostras. (b) as amostras ao final do ensaio, aps 24 de imerso ................ 93

Figura 5.8 (a) volume de gua infiltrada (cm3/cm2) pela raiz quadrado do tempo

(min) e (b) velocidade de infiltrao (cm/s) pelo tempo (s) para as amostras do Horizonte A/B........................................................................... 96

Figura 5.9 (a) volume de gua infiltrada (cm3/cm2) pela raiz quadrado do tempo

(min) e (b) velocidade de infiltrao (cm/s) pelo tempo (s) para as amostras da Rocha Alterada.......................................................................... 96

Figura 5.10 (a) volume de gua infiltrada (cm3/cm2) pela raiz quadrado do tempo

(min) e (b) velocidade de infiltrao (cm/s) pelo tempo (s) para as amostras do Arenito. ..................................................................................... 96

Figura 5.11 Aplicao do critrio de erodibilidade pela Metodologia MCT para os

materiais estudados. ...................................................................................... 97 Figura 5.12 Curvas tpicas obtidas no ensaio de Inderbitzen. ......................................... 99 Figura 5.13 Resultados dos ensaios Inderbitzen para as amostras do horizonte A/B,

rocha alterada e arenito nas condies de umidade natural, seca ao ar e pr-umedecida............................................................................................. 102

Figura 5.14 Valores do coeficiente de eodibilidade (K) obtidos nos ensaios de

Inderbitzen para os horizontes/camadas estudados..................................... 103 Figura 5.15 Relao entre a % passante na peneira # 200, o coeficiente de

erodibilidade (K) e as classes de erodibilidade propostas por Bastos (1999). ......................................................................................................... 107

Figura 5.16 Relao entre o ndice de plasticidade (IP), o coeficiente de

erodibilidade (K) e as classes de erodibilidade propostas por Bastos (1999). ......................................................................................................... 108

Figura 5.17 Relao entre o ndice de plasticidade (IP), o coeficiente de erodibilidade (K) e as classes de erodibilidade propostas por Bastos (1999). ......................................................................................................... 109

Figura 5.18 Relao entre a razo de disperso (RD), o coeficiente de erodibilidade

(K) e as classes de erodibilidade propostas por Bastos (1999). .................. 110 Figura 5.19 Relao entre pi/s (critrio da erodibilidade MCT), o coeficiente de

erodibilidade (K) e as classes de erodibilidade propostas por Bastos (1999) em amostras na condio de umidade natural. ................................ 111

Figura 5.20 Relao entre pi/s (critrio da erodibilidade MCT), o coeficiente de

erodibilidade (K) e as classes de erodibilidade propostas por Bastos (1999) em amostras secas ao ar. ................................................................. 111

Figura 5.21 Relao entre a coeso no saturada na umidade natural (c) e o

coeficiente de erodibilidade (K).................................................................. 112 Figura 5.22 Relao entre a coeso na condio inundade (c) e o coeficiente de

erodibilidade (K)......................................................................................... 113 Figura 5.23 Relao entre a variao de coeso (c), o coeficiente de erodibilidade

(K) e as classes de erodibilidade propostas por Bastos (1999). .................. 114 Figura 5.24 Relao entre a variao do potencial de colapso (Ic), o coeficiente de

erodibilidade (K) e as classes de erodibilidade propostas por Bastos (1999). ......................................................................................................... 115

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Classificao de voorocas (FRENDRICH et al., 1991) ............................. 24 Tabela 2.2 Enfoque de estudos sobre eroso por diferentes reas do conhecimento

(BASTOS, 1999)........................................................................................... 31 Tabela 2.3 Classificao da estrutura (WISCHMEIER E SMITH, 1978)..................... 33 Tabela 2.4 Classificao do coeficiente de permeabilidade (HANN et al., 1994) ........ 33 Tabela 2.5 Classificao do fator K de erodibilidade.................................................... 33 Tabela 2.6 Classificao relativa da erodobilidade (TATTO, 2007)............................. 35 Tabela 3.1 Total de amostras coletadas para os diferentes ensaios de erodibilidade .... 52 Tabela 3.2 Valores de velocidade de escoamento (v), altura da lmina dgua (h) e

tenso cisalhante hidrulica (h) para combinaes de vazo (Q) e inclinao de rampa (i).................................................................................. 66

Tabela 3.3 Critrios propostos por Bastos (1999), nos ensaios de caracterizao,

metodologia MCT e cisalhamento direto) .................................................... 68 Tabela 5.1 Resultados dos ensaios de massa especfica real dos gros e limites de

consistncia (Perfil II)................................................................................... 79 Tabela 5.2 Resumo dos ensaios de granulometria e classificao dos solos................. 79 Tabela 5.3 Propriedades ndices do solo......................................................................... 81 Tabela 5.4 Anlise qumica simplificada....................................................................... 82 Tabela 5.5 Resultados dos ensaios de cisalhamento direto na umidade natural,

inundado e seco ao ar.................................................................................... 87 Tabela 5.6 Estimativa do parmetro KUSLE segundo proposta de Wischmeier e

Smith (1978) ................................................................................................. 90 Tabela 5.7 Comportamento das amostras no ensaio de desagregao .......................... 91 Tabela 5.8 Valores do coeficiente de soro (s) e perda por imerso (pi) para

diferentes condies de umidade das amostras do Horizonte A/B critrio de erodibilidade da Metodologia MCT ............................................ 95

Tabela 5.9 Valores do coeficiente de soro (s) e perda por imerso (pi) para

diferentes condies de umidade das amostras da Rocha Alterada critrio de erodibilidade da Metodologia MCT ............................................ 95

Tabela 5.10 Valores do coeficiente de soro (s) e perda por imerso (pi) para

diferentes condies de umidade das amostras do Arenito critrio de erodibilidade da Metodologia MCT.............................................................. 95

Tabela 5.11 Resultados dos ensaios de Interbitzen Perda de Solo (10-3

g/cm2/min), para diferentes condies de fluxo (Q = vazo e i = inclinao da rampa) e teor de umidade das amostras, e parmetros hcrt (Pa) e K (10-2 g/cm2/min/Pa)..................................................................... 100

Tabela 5.12 Fator de erodibilidade da USLE, parmetros fsicos envolvidos na

avaliao indireta de erodibilidade para os solos estudados por Bastos (1999) e neste trabalho................................................................................ 105

Tabela 5.13 Valores da taxa de erodibilidade medidos nos ensaios de Inderbitzen e

parmetros geomecnicos referentes resistncia ao cisalhamento e colapsividade para os solos estudados por Bastos (1999) e neste trabalho. 106

Tabela 5.14 Valores propostos por Bastos (1999) para classificar as classes de

erodibilidade ............................................................................................... 106 Tabela 5.15 Resumo da anlise da erodibilidade dos horizontes/camadas estudadas,

de acordo com a proposta de abordagem geotcnica de Bastos (1999)...... 116

SUMRIO

1. INTRODUO .............................................................................................................. 15 2 REVISO BIBLIOGRFICA ....................................................................................... 17 2.1 O fenmeno de eroso dos solos .................................................................................. 17 2.2 Classificao dos processos erosivos ........................................................................... 20 2.3 Fatores que condicionam os processos erosivos......................................................... 26 2.4 Erodibilidade dos solos................................................................................................. 30 2.4.1 ndices e Modelos de eroso........................................................................................ 31 2.4.2 O enfoque Geotcnico Aplicao dos conceitos de Mecnica dos Solos................. 34 2.5 Ensaios geotcnicos para avaliao da erodibilidade ................................................ 35 2.5.1 Ensaios de caracterizao fsica .................................................................................. 36 2.5.2 Ensaio de desagregao ............................................................................................... 37 2.5.3 Critrios de erodibilidade tendo como base a metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) ......................................................................................................... 39 2.5.4 Critrios de erodibilidade baseado em ensaios de cone de laboratrio ....................... 42 2.5.5 Ensaio de Inderbitzen .................................................................................................. 45 3 METODOLOGIA............................................................................................................ 49 3.1 Etapa de gabinete ......................................................................................................... 49 3.2 Investigao de campo ................................................................................................. 49 3.3 Ensaios de laboratrio.................................................................................................. 53 3.3.1 Ensaios de caracterizao e qumicos.......................................................................... 53 3.3.2 Ensaios de resistncia ao cisalhamento direto............................................................. 54 3.3.3 Ensaios para avaliao indireta da erodibilidade......................................................... 54 3.3.3.1 Ensaio de desagregao............................................................................................ 54 3.3.3.2 Ensaios pelo critrio de erodibilidade MCT............................................................. 57 3.3.4 Ensaio para avaliao direta da erodibilidade - Ensaio de Inderbitzen ....................... 62 3.4 Abordagem geotcnica para previso da erodibilidade de solos residuais no saturados proposta por Bastos (1999)............................................................................... 67 4 REA DE ESTUDO ........................................................................................................ 69 5 APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS .............................................. 77 5.1 Ensaios de Caracterizao e determinao dos ndices fsicos ................................. 78 5.2 Caracterizao qumica e mineralgica ..................................................................... 82 5.3 Resistncia ao cisalhamento......................................................................................... 83 5.4 Avaliao Indireta da Erodibilidade .......................................................................... 89 5.4.1 Estimativa do fator erodibilidade da Equao Universal de perda de solo (KUSLE) .... 89 5.4.2 Avaliao do potencial de desagregao dos solos ..................................................... 90 5.4.3 Critrios de erodibilidade baseados na Metodologia MCT ................................... 94 5.5 Avaliao Direta da Erodibilidade.............................................................................. 98 5.6 Erodibilidade dos horizontes/camadas estudadas ................................................... 104 5.6.1 Avaliao qualitativa da erodibilidade dos solos ...................................................... 104 5.6.2 Parmetros de erodibilidade e parmetros fsicos envolvidos da avaliao indireta da erodibilidade ....................................................................................................................... 104 5.6.2.1 Anlise dos parmetros fsicos e geomecnicos..................................................... 106 6 CONCLUSES.............................................................................................................. 117 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................... 120

1 INTRODUO

Os processos erosivos fazem parte da evoluo natural do meio fsico e da alterao do

relevo (SILVA, 2003). Estes processos compreendem um conjunto de fenmenos naturais que

envolvem a formao de materiais provenientes da decomposio e desagregao dos solos e

das rochas. Portanto, um processo de dinmica superficial governada por agentes como

clima, ao da gua e vento, natureza do material, relevo e ao antrpica, responsvel pela

modelagem da superfcie da Terra. Quando o agente erosivo gua recebe o nome de eroso

hdrica, e ainda quanto este processo acelerado por aes antrpicas denomina-se eroso

hdrica acelerada.

As conseqncias que os processos erosivos tm causado, tanto no meio rural quanto

no meio urbano, tm provocado, nos ltimos anos, uma intensa investigao e debate sobre os

parmetros e mecanismos responsveis pela eroso e possveis medidas a serem adotadas para

a preveno e controle das reas afetadas. Segundo Agenda 21 Brasileira (2000), na rea rural

do Brasil, devido ao uso e ocupao do solo, principalmente associada s prticas agrcolas,

estima-se uma perda de 5,9 bilhes de dlares (1,4% do PIB do pas) devido a eroso e

degradao do solo.

Segundo Bastos (1999) do ponto de vista da Geologia de Engenharia e da Geotecnia, a

identificao, avaliao e compreenso dos parmetros e mecanismos que determinam o

processo erosivo so fundamentais para elaborao de projetos de conteno e/ou controle da

eroso.

O entendimento do mecanismo de desencadeamento e evoluo dos processos

erosivos no simples, envolve o conhecimento de muitas variveis e exige uma viso

sistmica do fenmeno.

Vrios autores destacam a importncia da ao da gota (eroso por impacto) e do

escoamento superficial (eroso laminar e em sulcos) na deflagrao dos processos de eroso

hdrica. Os mecanismos envolvidos nestes processos so complexos e apresentam uma inter-

relao de fatores que interveem no fenmeno. Estes fatores podem ser agrupados em quatro

tipos: fatores climticos, fatores topogrficos, fator vegetao e fator solo (BASTOS, 1999).

Um dos principais fatores condicionantes da eroso dos solos a erodibilidade, que

pode ser definida como a propriedade do solo que retrata a maior ou menor facilidade com

que suas partculas so destacadas e transportadas pela ao de um agente erosivo.

O objetivo geral do presente trabalho o estudo da erodibilidade dos solos superficiais

e do substrato rochoso de uma vooroca localizada na rea rural da comunidade de Alto das

Palmeiras, no Distrito de So Valentin, municpio de Santa Maria/RS. Esta rea degradada

recebeu a denominao de Buraco Fundo pelos moradores da regio.

Foram realizados ensaios de caracterizao geotcnica dos solos e rochas existentes no

local e determinao da erodibilidade por mtodos indiretos e diretos. Para complementar este

estudo, foi realizado uma comparao com as propostas e critrios de erodibilidade

apresentados por Bastos (1999).

A estruturao deste trabalho consta de 5 captulos. O Captulo 2 apresenta uma

reviso da literatura abordando os temas relacionados com os fenmenos de eroso dos solos;

as fases/mecanismos dos processos erosivos; os fatores que condicionam os processos

erosivos; erodibilidade dos solos; e ensaios geotcnicos para a avaliao da erodibilidade mais

comumente utilizados no meio geotcnico.

O Captulo 3 aborda a metodologia aplicada no desenvolvimento desta dissertao,

que consistiu em um estudo de gabinete, investigao de campo e ensaios de laboratrio. No

estudo inicial de gabinete foi realizado um levantamento dos materiais disponveis sobre o

tema. Na investigao de campo foram observados os processos erosivos atuantes na rea,

complementados com um levantamento geotcnico de detalhe da vooroca onde foram

estudados trs horizontes/camadas de solo e rocha. Nestes materiais foram coletadas amostras

deformadas e indeformadas e posterior realizao dos ensaios geotcnicos. Na investigao de

laboratrio foram realizados os ensaios de caracterizao e os ensaios de avaliao direta e

indireta da erodibilidade.

A rea de estudo foi detalhada no Captulo 4, com a caracterizao regional da

microbacia do arroio Sarandi, onde est inserida a vooroca do Buraco Fundo, objeto desse

estudo.

O Captulo 5 aborda a apresentao e anlise dos resultados, atravs da descrio

geolgica da rea da vooroca; dos resultados da caracterizao geotcnica e de avaliao da

erodibilidade das camadas estudadas. As concluses so apresentadas no Captulo 6.

16

2 REVISO BIBLIOGRFICA Neste captulo apresentada uma reviso sobre os seguintes temas: (a) o fenmeno de

eroso dos solos; (b) fases/mecanismos dos processos erosivos; (c) fatores que condicionam

os processos erosivos; (d) erodibilidade dos solos; e (e) ensaios geotcnicos para a avaliao

da erodibilidade mais comumente utilizados no meio geotcnico.

2.1 O fenmeno de eroso dos solos

O termo eroso provm do latim erode-erodere cujo significado corroer e tem

vrias definies na literatura. De uma forma geral, eroso um termo que representa um

conjunto de aes, incluindo o desprendimento (desagregao), o arraste (transporte) e a

deposio das partculas de solo causada por agentes erosivos, tais como o gelo, o vento, a

gravidade e a gua. Em particular, a eroso onde o agente erosivo a gua chamada de

eroso hdrica (BERTONI E LOMBARDI NETO, 1985; GALETI, 1985; JACINTHO et al.,

2006).

Foi na Conferncia das Naes Unidas para o Meio Ambiente, realizada em

Estocolmo em 1972, o primeiro momento em que o tema eroso, suas causas e conseqncias

foi abordado pela comunidade internacional. Desde ento, a eroso, juntamente com a

erodibilidade, vem sendo estudada em diversas reas de conhecimento, como Agronomia,

Geologia, Geografia e Engenharia Civil (Hidrulica e Geotecnia) por autores como Lacerda et

al. (2001), Guerra (2002), Surtegaray (2003), Guerra e Mendona (2004), Paiva e Beling

(2006), entre outros.

No mbito da Engenharia Geotcnica, destacam-se no RS, os trabalhos de Maciel

Filho (1997) e Bastos (1999) e na regio centro-oeste do Brasil as pesquisas realizadas por

Fragassi (2001a), Koetz (2003), Jacintho (2006), Camapum de Carvalho et al. (2006b) e

inmeros outros trabalhos publicados em peridicos e anais de congressos, fruns, simpsios,

conferncias e livros.

Inmeros so os critrios utilizados para a classificao dos processos erosivos, tais

como, a natureza, agente e grau de intensidade. Quanto natureza ou a escala de tempo em

que as eroses ocorrem, a maioria dos autores classificam as eroses em dois grandes grupos:

(a) eroso natural ou geolgica e (b) eroso acelerada ou antrpica.

A eroso quando constitui um processo natural, considerada um agente geolgico

que provoca a modificao das paisagens terrestres, um mecanismo lento e medido pelo

tempo geolgico. A interferncia humana altera esse processo natural, geralmente, acelera sua

ao e aumenta sua intensidade Quando a ao antrpica caracterizada como deflagradora e

intensificadora dos processos de eroso hdrica usado o termo eroso hdrica acelerada

(BASTOS, 1999).

No meio geotcnico, assim como neste trabalho, a eroso hdrica a mais estudada

por causar grandes danos, tanto nas zonas rurais quanto nas zonas urbanas.

A eroso hdrica tem a chuva como agente erosivo, ocasionando a desagregao das

partculas de solo na superfcie provocado pela energia de impacto das gotas da chuva e pela

fora cisalhante do escoamento superficial pelo fluxo concentrado (BASTOS, 1999;

AMORIM et al., 2001; NUNES e CASSOL, 2008).

A Figura 2.1 mostra que a desagregao das partculas do solo tem sua origem no

chamado efeito splash ou salpicamento, ou seja, o efeito do impacto da gota da chuva sobre

o solo. Cooke e Doornkamp (1990 apud BIGARELLA, 2003) afirmam que este processo

pode ser responsvel at por 90% da eroso de um solo em algumas circunstncias. O

processo de desagregao ocorre da seguinte maneira: a energia acumulada em uma gota de

chuva que cai sobre um solo desprotegido pela vegetao, muito grande. O impacto da gota

causa o desprendimento e a projeo das partculas menores do solo no ar, formando uma

cratera no ponto onde a gota toca o solo.

Figura 2.1 - Eroso por salpicamento ou splash. Fonte: IPT (1999)

18

Para Guerra e Mendona (2004), o impacto da gota resulta na compactao do solo

pela formao de crostas (crusts) que iro dificultar e impedir a infiltrao da gua da chuva.

Na rea perifrica compactada, ocorre o deslocamento das partculas que so lanadas para

o exterior da cratera formada. A partir dessa etapa, comeam a se formar as poas (ponds) nas

irregularidades (microtopografia) existentes no topo do solo. Quando essas poas se rompem,

inicia-se ento, o escoamento superficial, inicialmente difuso, onde no h concentrao de

fluxo em canais, provocando a eroso em lenol (sheetflow).

De acordo com Camapum de Carvalho et al. (2006a) o destacamento das partculas

cessa quando o solo passa a resistir aos esforos de arrancamento e o fluido satura a sua

capacidade de transporte de sedimento. O escoamento superficial passa a se dar quando a

intensidade da chuva supera a capacidade de infiltrao do solo.

Segundo Amorim et al (2001), o domnio da energia de impacto das gotas da chuva ou

do escoamento superficial no desprendimento e transporte de sedimentos, depende se a eroso

ocorre em sulcos ou em reas entre sulcos. A eroso entre sulcos , s vezes, referida como

eroso superficial ou laminar que est relacionada com a distribuio do destacamento das

partculas que ocorre de maneira uniforme e suave por toda a sua extenso. considerada um

dos tipos de eroses mais perigosas, pois muitas vezes difcil de ser observada

(FRENDRICH et al., 1991).

Alguns autores como Camapum de Carvalho et al. (2006a), afirmam que a eroso

superficial por escoamento laminar pode ou no propiciar o aparecimento de sulcos, mas

quando gerados, podero evoluir para ravinas e voorocas. Vilar e Prandi (1993 apud

CAMAPUM DE CARVALHO et al., 2006) discutem o mecanismo do processo erosivo

laminar (entre sulcos ou intersulcos) e linear (em sulcos) e representam um esquema

conforme apresentado na Figura 2.2.

A eroso entre sulcos um processo complexo e a intensidade com que ela ocorre

depende, basicamente, de trs fatores: das caractersticas da chuva (erosividade, tamanho das

gotas, velocidade terminal e energia cintica), das caractersticas do solo e das caractersticas

da superfcie (vegetao, micro topografia, rugosividade e declividade). Portanto, em resumo

a eroso entre sulcos pode ser vista como uma combinao de dois diferentes processos:

desagregao da massa do solo pelo impacto das gotas de chuva e pelo fluxo em entre sulcos;

e transporte do solo desagregado pelo escoamento em entre sulcos (FREITAS et al., 2008).

19

Figura 2.2 Mecanismo do processo erosivo em um terreno com sulcos segundo Vilar e Prandi (1993). Fonte:

Tatto (2007), adaptado de Camapum de Carvalho et al. (2006a)

Segundo Cantalice et al. (2005), a eroso em sulcos caracteriza-se pelo escoamento

superficial concentrado de uma lmina dgua com tenso de cisalhamento suficiente para

desagregar o solo. A eroso em sulcos a primeira etapa de desenvolvimento de uma eroso

dita linear e desenvolve-se rapidamente durante uma chuva intensa devido ao escoamento

superficial que se torna concentrado (BIGARELLA, 2003; CAMAPUM DE CARVALHO et

al., 2006).

2.2 Classificao dos processos erosivos

Trabalhos como do IPT (1991), Bertoni e Lombardi Neto (1999), Maciel Filho (1997)

e Infanti Jr (1998), entre outros, classificam as eroses quanto ao grau de intensidade em: (a)

superficial ou laminar; (b) sulcos e ravinas; e (c) voorocas.

Os conceitos de sulcos e ravinas diferem com relao as dimenses da inciso, com a

geometria da feio erosiva, com o afloramento do lenol fretico na inciso ou com o tipo de

fluxo do escoamento. Mesmo no havendo um consenso entre conceitos, as classificaes

20

mais utilizadas internacionalmente so aquelas relacionadas s dimenses das incises

erosivas. Conforme Heede (1970 apud OLIVEIRA, 1999), sendo consideradas ravinas, as

incises de at 50 cm de largura e profundidade.

Bigarella (2003) adota a seguinte terminologia de acordo com a profundidade: ranhura

(at 5 cm), sulco (5 a 30 cm); vala (30 a 100 cm) e ravina (maior 100 cm). Este autor afirma

que, com o aumento do tamanho dos sulcos, estes se transformam em valas de eroso (gully) e

em ravinas de dimenses maiores. Na literatura, o termo gully tambm designado para

ravinas e at mesmo para voorocas, no tendo uma definio precisa.

Camapum de Carvalho (2006) considera que sulcos so pequenos canais de at 10 cm

de profundidade, gerados pela concentrao do escoamento superficial; e ravinas so canais

com profundidade entre 10 e 50 cm, onde comea a haver a instabilidade dos taludes.

Segundo Bastos (1999), o termo vooroca originado do termo Tupi-Guarani,

mbosoroka, que significa romper ou rasgar, pode ser definida, como sendo uma ravina de

grandes dimenses originada pela grande concentrao do fluxo superficial, provocada pela

ao antrpica, combinada com a ao do fluxo subsuperficial e subterrneo.

Para Guerra (2003) vooroca uma inciso com uma largura maior que 30 cm e

profundidade maior que 60 cm. Essa classificao seguida por vrios autores, entre eles

Camapum de Carvalho (2006).

As eroses por vooroca constituem-se no estgio mais avanado da eroso, sendo

caracterizadas pelo avano em profundidade das ravinas at estas atingirem o lenol fretico

ou o nvel de gua do terreno. Este conceito utilizado pelo Instituto de Pesquisas Tecnolgicas

(IPT, 1991) o mesmo adotado neste trabalho.

A Figura 2.3 apresenta sulcos, ravinas e voorocas que ocorrem em uma extensa rea,

em solos saprolticos, no loteamento Algarve na regio de Porto Alegre (BASTOS, 1999).

De acordo com Bigarella e Mazuchowski (1985 apud BIGARELLA, 2003) a evoluo

de uma vooroca est ligada eroso interna junto ao nvel fretico, causando escavaes em

forma de concha, tubulares, progredindo em tnel, com subseqente escorregamento do

terreno (Figura 2.4a).

Para estes autores, ocorre uma srie de desmoronamentos das cabeceiras onde o fluxo

superficial se estabelece, ocorrendo a liquefao do solo ruptura abaixo, sendo responsveis

pela velocidade considervel da eroso nas voorocas (Figura 2.4b).

21

Figura 2.3 Sulcos, ravinas e voorocas no Loteamento Algarve: Fonte: Bastos (1999)

Figura 2.4 Evoluo de uma vooroca (a) sob efeito da eroso interna e (b) sob efeito do escorregamento

das bordas. Fonte: Bigarella e Mazuchowski (1985 apud BIGARELLA, 2003)

22

Na literatura cientfica, os autores atribuem inmeros estgios de desenvolvimento ao

processo erosivo por voorocamento, diferem em relao ao nmero de estgios, mas so

unnimes na descrio dos processos envolvidos propriamente ditos.

De uma maneira geral, autores como Gorshkov e Yakushova (1970 apud MACIEL

FILHO, 1997), Fendrich (1982 apud FENDRICH et al., 1991) e Bigarella (2003) destacam

quatro estgios de desenvolvimento de uma vooroca:

(a) No primeiro estgio ocorre a formao de sulcos com o escoamento superficial

concentrado;

(b) No segundo h um aprofundamento e alargamento da vooroca com o surgimento

da cabeceira da feio devido eroso regressiva;

(c) No terceiro estgio ocorre o encontro do nvel base de eroso com a formao do

fundo plano. Geralmente h o surgimento de fontes que colocam em evidncia a contribuio

da gua subterrnea para o processo erosivo.

(d) Na quarta e ltima etapa a vooroca comea a se estabilizar, com o abrandamento

dos taludes e a implantao da vegetao oriunda dos escorregamentos.

Estas etapas de desenvolvimento ocorrem simultaneamente dentro da mesma

vooroca, sendo que os primeiros estgios se estabelecem a montante da inciso, enquanto

que as etapas finais a jusante.

Com relao classificao das voorocas, os critrios mais utilizados, entre os

diferentes autores, so: a dimenso e formato da seo transversal do canal formado, rea de

abrangncia, a forma e a localizao (rural ou urbana).

Autores como Fendrich et al. (1991) classificam as voorocas de acordo com o

formato da seo transversal (formato em U e em V). A vooroca com formato em U

encontrada normalmente em regies onde o solo e subsolo so mais facilmente erodveis, no

significando necessariamente um perfil mais estabilizado. Neste caso, as paredes so quase

verticais e a ampliao lateral realizada por eroso superficial ou por descalamento da base

da parede devido ao da gua subterrnea. A vooroca com formato em V est

relacionada a solos mais resistentes eroso, onde o escoamento superficial concentrado atua

preponderantemente ao da gua subterrnea. Este formato mais comum no incio do

processo erosivo, muito embora seja freqente encontrar ambos os formatos numa mesma

vooroca, independentemente de sua idade ou estabilizao.

Camapum de Carvalho et al. (2006a) afirmam que tanto as ravinas, quanto as

voorocas, podem assumir forma linear, quando esto associadas s caractersticas geolgico-

geotcnicas e estruturais da regio, apresentando inicialmente a forma de V e podendo

23

evoluir para a forma U ou trapezoidal; forma de anfiteatro, quando a feio assume forma

mais concentrada, e encaixada quando a feio atinge camadas de solo menos resistente,

ficando confinada pelas mais resistentes. A tabela 1 apresenta uma classificao de voorocas

quanto a profundidade e rea da bacia.

Domingues (2001) apresenta a caracterizao das feies erosivas em reas

impactadas na Serra do Mar na regio de Cubato (SP) verificando que ocorrem duas

categorias, quanto ao domnio dos aspectos hidromorfolgicos, de feies erosivas: as das

bacias de captao e a das vertentes retilneas, ambas com variaes estreitamente ligadas

alteraes antrpicas. Neste trabalho, o autor apontou 14 feies erosivas associadas a

escorregamentos na Serra do Mar (Figura 2.5)

Tabela 2.1 Classificao de voorocas (Adaptado de FRENDRICH et al., 1991)

Classificao Profundidade do canal rea da bacia (ha)

Pequenas < 1m < 2 ha

Mdias 1 a 5m 2 a 20 ha

Profundas / Grandes > 5m > 20 ha

Segundo Oliveira (1999) os principais mecanismos responsveis pela eroso em

ravinas e voorocas so: (a) destacamento das partculas de solo por impacto das gotas de

chuva; (b) transporte de partculas do solo pelo escoamento superficial difuso e pelo fluxo

concentrado; (c) eroso por queda-d`gua (plunge pool erosion); (d) solapamento da base dos

taludes; (e) liquefao das partculas de solo; (f) movimentos de massa localizados; e (g)

arraste das partculas do solo por percolao em meio poroso e atravs de dutos (piping).

24

Figura 2.5 Esboo das feies erosivas associadas a escorregamentos na Serra do Mar.

Fonte: Domingues (2001)

Para Oliveira (1999) as feies erosivas so encontradas no interior de ravinas e

voorocas, como resultado dos mecanismos responsveis por estas eroses. So inmeras as

feies erosivas, entre elas podemos citar:

(a) demoiselles, tambm chamadas de eroso em pedestal, so uma forma de eroso

com desenvolvimento lento, ocorrendo quando o solo erodvel protegido da ao do

salpicamento, seja por seixo ou por uma camada de solo oxidada. Atravs deste tipo de eroso

possvel deduzir, aproximadamente, qual o volume de solo erodido, tendo como base a

altura dos pedestais.

25

(b) sulcos e ravinas formados na superfcie exposta do talude, no interior das

voorocas, indicam o caminho preferencial do escoamento superficial concentrado.

(c) alcovas de regresso so feies erosivas que podem ser observados sob diferentes

condies litolgicas e climticas, podendo ser esculpidas tanto pelo escoamento superficial

na forma de filetes subverticais quanto pelo afloramento do lenol fretico, ou pela

combinao desses dois mecanismos.

(d) filetes subverticais so encontrados, preferencialmente, em paredes de voorocas

esculpidas em materiais pouco coesivos em contato com materiais de maior coeso. As

marmitas ou panelas (plunging pool) resultam do efeito da eroso por queda-dgua na base

do talude ou em degraus no interior das voorocas.

(e) movimentos de massa constituem diversas feies erosivas no interior das

voorocas, como escorregamentos rotacionais e translacionais, corrida de lama e queda de

torres, sendo responsveis pelo alargamento e avano das incises erosivas.

(f) eroso interna (piping) pode estar vinculada eroso por vooroca. Segundo

Camapum de Carvalho et al. (2006a) eroso subterrnea ou piping o processo de formao

de tubos ou canais a partir da face de um talude atravs do transporte de partculas do solo,

podendo evoluir para grandes cavidades no subsolo. A presena de terrenos estratificados

um condicionante geolgico geralmente favorvel ocorrncia de piping, pois concentra o

fluxo em uma determinada camada em funo da diferena de textura e, aliada ao relevo

ondulado, um fator determinante para a erodibilidade do solo/rocha.

(g) pinculo, comumente encontrada no interior dos anfiteatros das voorocas.

Segundo Bertoni e Lombardi Neto (1985) e Camapum de Carvalho et al. (2006a) essa forma

de eroso deixa altos pinculos nos fundos das ravinas e voorocas, sendo relacionado com a

dificuldade do solo em ser erodido.

2.3 Fatores que condicionam os processos erosivos

O processo erosivo possui diversos condicionantes, tornando-o dessa forma, um

sistema complexo, que dependendo de seu grau de evoluo, pode ser de difcil entendimento.

Autores como Galeti (1985), Bertoni e Lombardi Neto (1985), Guerra e Mendona (2004),

entre outros, apontam os seguintes fatores como condicionantes da eroso: (a) clima; (b)

relevo; (c) cobertura vegetal; (d) ao antrpica; (e) natureza do solo.

b

26

O clima um fator importante, controlador do desenvolvimento de processos erosivos,

atuando na desagregao da rocha e formao do solo. Segundo Salomo e Antunes (1998) os

aspectos climticos mais importantes no desenvolvimento pedogentico so representados

pela precipitao pluviomtrica e a temperatura.

Para Fendrich et al. (1991) locais de climas midos, tropical quente e temperado, com

inverno seco e vero chuvoso, so mais propcios de serem afetados pelos processos erosivos.

A precipitao pluviomtrica o fator climtico de maior importncia no

desenvolvimento dos processos erosivos. Segundo Bertoni e Lombardi Neto (1985), o volume

e a velocidade da enxurrada dependem da durao, freqncia e intensidade da chuva, sendo

esta, o fator pluviomtrico mais importante na eroso.

Para os autores, chuvas de maior intensidade, com longa durao e freqncia alta,

causam enxurradas mais volumosas, e conseqentemente, maiores perda de solo.

Para autores como Lopes (1980 apud FENDRICH et al., 1991) a energia dos agentes

erosivos est relacionada com a intensidade da chuva, onde as chuvas intensas causam muito

mais danos ao solo que as chuvas moderadas.

Segundo Guerra e Mendona (2004) fatores como a intensidade, durao, freqncia,

particularidades das gotas de chuva (velocidade de queda, dimetro da gota e efeito splash) e

a energia cintica da chuva natural, influenciam diretamente na eroso. Segundo eles, chuvas

de maior intensidade e com alta freqncia possuem uma grande energia cintica armazenada

durante a sua queda e um grande poder erosivo.

De acordo com Bertoni e Lombardi Neto (1985) uma chuva de 50 mm em perodo de

30 min poderia ter um peso de quase 560 t em um hectare, tendo, aproximadamente, 3 mm o

dimetro das gotas que cairia com uma velocidade de 8 m/s.

O potencial de desagregao, transporte e deposio das partculas pela ao da gua,

chamado de erosividade. Segundo Bastos (1999), a ao erosiva da gua- erosividade,

depende da distribuio pluviomtrica (chuva acumulada e intensidade de chuva).

Em relao ao relevo, fatores como o comprimento da rampa, declividade e o tipo de

vertente, entre outros, influenciam no caminho percorrido pela gua. Para Bertoni e Lombardi

Neto (1985) e Bastos (1999), na medida em que o comprimento da rampa e a declividade

aumentam o caminho e a velocidade do escoamento superficial tambm aumentam, e

conseqentemente, aumenta seu poder de destacamento e transporte das partculas de solo.

Segundo autores como Galeti (1985), Oliveira e Brito (1998), IPT (1991), Borst e

Woodburn (1940 apud BERTONI e LOMBARDI NETO, 1985) e Bertoni e Lombardi Neto

(1985) a eroso diretamente proporcional declividade e ao comprimento de rampa que

27

influenciam na velocidade da gua, sendo menor nos terrenos mais planos e maiores nos

terrenos com maiores comprimentos de rampa. Ayres (1960), tambm considera a topografia

um dos principais condicionantes, pois a declividade do terreno e o comprimento de rampa

so determinantes na direo e na velocidade do escoamento.

Dados apresentados por Bertoni (1959 apud BERTONI e LOMBARDI NETO, 1985)

mostram que um terreno com 20 m de comprimento e 20% de declividade tem a mesma perda

de solo que um terreno com 120 m de comprimento e com apenas 1% de declividade.

A cobertura vegetal tem um papel fundamental, pois atua no sentido de diminuir a

velocidade e facilitar a infiltrao da gua. Para Ayres (1960), a cobertura vegetal

considerada importante, pois diz respeito permeabilidade/impermeabilidade do solo e das

camadas adjacentes. A cobertura vegetal a defesa natural de um terreno contra a eroso, pois

amortece o impacto das gotas de chuva, diminuindo seu potencial de destacamento e

transporte das partculas de solo.

O efeito da vegetao pode ser enumerado da seguinte forma: (a) proteo direta

contra o impacto das gotas de chuva; (b) disperso da gua, interceptando-a e evaporando-a

antes que atinja o solo; (c) decomposio das razes das plantas que, formando canais no solo,

aumentam a infiltrao da gua; (d) melhoramento da estrutura do solo pela adio de matria

orgnica e hmus (atravs da decomposio da vegetao) aumentando sua porosidade e a

capacidade de reteno de gua; e (e) diminuio da velocidade de escoamento da enxurrada

pelo aumento do atrito na superfcie. Portanto, a cobertura vegetal tem influncia direta sobre

o escoamento superficial e infiltrao da gua no solo, e a mudana do escoamento superficial

e subterrneo, como conseqncia do desmatamento, a principal causa dos processos

erosivos (BERTONI e LOMBARDI NETO, 1985; INFANTI Jr e FORNASARI FILHO,

1998).

As formas de uso e manejo do solo representam o fator decisivo na acelerao dos

processos erosivos. De acordo com Galeti (1985), Fendrich et al. (1991), Panachuki et al.

(2006), Nunes e Cassol (2008) e outros, em reas rurais, os solos so mais vulnerveis a

eroso hdrica quando: (a) retirada a cobertura vegetal e a agricultura praticada de forma

incorreta (preparo e o plantio realizados em regies de relevo acidentado, queima dos restos

das culturas, etc.); (b) o solo sofre compactao pelo pisoteio do gado e excessivo movimento

de mquinas e implementos agrcolas; (c) ocorrem aberturas de valas perpendiculares s

curvas de nvel; (d) se abrem estradas vicinais sem os devidos cuidados com a rede de

drenagem.

28

Em reas urbanas, a acelerao da eroso se d pela interveno humana,

principalmente relacionada s obras de engenharia como: (a) a exposio de taludes de corte

em rodovias e barragens no protegidos; (b) a explorao de reas para a retirada de materiais

de emprstimo; (c) a execuo de loteamentos sem os devidos cuidados com a drenagem; e

(d) obras de retificao de rios e canais, entre outros.

A natureza do solo/rocha determina a susceptibilidade dos terrenos eroso

(propriedade do solo chamada de erodibilidade). Autores como Fendrich et al. (1991) so

especficos na descrio das caractersticas do solo condicionantes do processo erosivo como

sua textura, estrutura, estratificao, permeabilidade, teor de umidade, e sua composio. A

textura (caractersticas granulomtricas), ou seja, a relao ao tamanho das partculas do solo

influi na capacidade de infiltrao e absoro dgua, interferindo na energia das enxurradas e

na coeso dos solos.

Para Bertoni e Lombardi Neto (1985), solos de carter arenoso so mais vulnerveis

ao processo erosivo, mesmo sendo normalmente porosos, permitindo rpida infiltrao das

guas e retardando o escoamento superficial. Para estes autores, os solos com uma pequena

quantidade de partculas tamanho argila, possuem baixa coeso, tendo uma menor resistncia

eroso, senda esta verificada mesmo em pequenas enxurradas. Consideram importante, no

controle a eroso, a quantidade de matria orgnica (MO) no solo, pois esta retm de duas a

trs vezes o seu peso em gua, aumentando assim a infiltrao, resultando numa diminuio

nas perdas de eroso.

Os fatores mais importantes que regem a infiltrao de gua no solo so o tamanho e a

disposio dos espaos porosos; a umidade do solo no comeo da chuva e/ou grau de

saturao; suco e o grau de agregao do solo. Solos arenosos, com grandes espaos

porosos, pode-se esperar maior velocidade de infiltrao quando comparados com os solos

argilosos. O material coloidal do solo tende a expandir quando saturado, reduzindo o

tamanho, o espao poroso, e conseqentemente, a infiltrao. As partculas finas do solo,

quando esto bem agregadas, possuem espaos porosos maiores, proporcionando, maior

velocidade de infiltrao (BERTONI e LOMBARDI NETO, 1985; BIGARELLA, 2003;

CAMAPUM DE CARVALHO et al., 2006a).

O arranjo das partculas no solo influenciam a capacidade de infiltrao, absoro da

gua da chuva e arraste de partculas. Segundo Salomo e Iwasa (1995 apud INFANTI JR e

FORNASARI FILHO, 1998), dependendo da estruturao das partculas, os solos argilosos

podem se apresentar altamente porosos e at mais permeveis que solos arenosos.

29

A espessura do solo e o contato com o substrato rochoso interferem na rapidez de

saturao do solo e no incio do escoamento superficial. Solos rasos permitem rpida

saturao dos horizontes superficiais, contribuindo para a formao das enxurradas. Estes

solos se apresentarem uma camada argilosa subjacente a ele, esto mais vulnerveis eroso

(solos com horizonte B textural Argissolos). Entretanto, os solos profundos apresentam

maior capacidade de infiltrao das guas pluviais (FENDRICH et al.,1991; AZEVEDO,

2004).

Segundo Suguio (2003) a eroso influenciada tambm pela litologia e estruturas das

rochas como a presena de estratificaes, foliaes, xistosidade e gnaissificao, como

tambm por fatores tectnicos, tais como: falhas, dobras e juntas. O domnio geolgico e

pedolgico de ocorrncia de voorocas no Brasil muito varivel, sendo encontradas estas

feies em vrias regies (NOGAMI e VILLIBOR, 1995; BASTOS, 1999).

2.4 Erodibilidade dos solos

De acordo com Silva et al. (2000) a eroso hdrica deve ser estudada considerando-se

a erodibilidade do solo, que representa o efeito integrado dos processos que regulam a

infiltrao de gua e a resistncia do solo desagregao e transporte de partculas, ou seja

sua predisposio a eroso. Portanto, a erodibilidade pode ser definida como a maior ou

menor facilidade com que as suas partculas so destacadas e transportadas pela ao de um

agente erosivo, sendo uma propriedade complexa em funo do grande nmero de fatores

fsicos, qumicos, biolgicos e mecnicos intervenientes. Esta propriedade tem despertado um

grande interesse na pesquisa da eroso, por ser governado pelos atributos intrnsecos do solo,

os quais podem variar de um solo para o outro, ou para o mesmo solo (BASTOS, 1999;

PANACHUKI et al., 2006).

Bastos (1999) apresenta uma reviso sobre o tema eroso, mostrando como as grandes

reas de conhecimento, tais como, Agronomia, Hidrulica, Geologia e Engenharia trabalham

com a eroso do solo e processos associados. A tabela 2.2 apresenta o enfoque dado por estas

reas de conhecimento.

30

Tabela 2.2 - Enfoque de estudos sobre eroso por diferentes reas do conhecimento

rea de conhecimento Enfoque

Fsica dos Solos

Estudo de caractersticas fsicas, qumicas e mineralgicas que influenciam a erodibilidade dos solos dos horizontes superficiais e estudos de modelos de previso da perda do solo; Agronomia

Manejo e Conservao dos Solos

Estudo do impacto de tcnicas de cultivo e manejo no processo erosivo;

Hidrulica Hidrulica de Canais Estudo da eroso localizada dos solos pelo fluxo de gua em estruturas hidrulicas;

Geologia Geologia de Engenharia

Estudos voltados para o diagnstico ambiental da eroso, nas condicionantes geolgicas e geomorfolgicas eroso regional e relato de obras para o controle da eroso;

Engenharia Engenharia Geotcnica

Abordagem limitada para o problema da eroso. Poucos trabalhos na modelagem dos mecanismos de eroso e em critrios de avaliao da erodibilidade dos solos.

Fonte: Bastos (1999)

Segundo Bastos (2000), devido a interdisciplinaridade das abordagens, uma tarefa

audaciosa impor essa particularizao. Conceitos da Agronomia, da Hidrulica e da Mecnica

dos Solos tm sido reunidos nos trabalhos mais recentes, em modelos de eroso e na

concepo de critrios de avaliao da erodibilidade.

2.4.1 ndices e Modelos de eroso

Na Engenharia Agronmica os estudos da Fsica dos Solos na busca de indexadores

para a erodibilidade remontam ao incio do sculo passado. Esses estudos buscam parmetros

para avaliar a erodibilidade baseados em propriedades fsicas, qumicas e mineralgicas e

tambm no desenvolvimento de modelos de previso das perdas de solo, com destaque para a

definio de parmetros dos modelos que representam a erodibilidade e a relao destes com

outras propriedades dos solos (BASTOS et al., 2000).

Os modelos de eroso tm por finalidade principal a previso da perda de solo em

terrenos agrcolas. Os primeiros modelos desenvolvidos eram empricos, baseados nos fatores

que influenciam a quantidade de solo removido e transportado. A erodibilidade dos solos

constitui um dos fatores envolvidos. No ano de 1960 foi lanado o primeiro modelo de

aceitao na previso da perda de solo por eroso hdrica: a Equao Universal de Perda de

31

Solo (USLE), publicada originalmente por Wischmeier e Smith (1960 apud BASTOS, 1999)

e na sua verso definitiva no ano de 1978. Sua representao a seguinte:

A= R . K . L. S. C. P (2.1)

Onde:

A a taxa de eroso; R o fator de erosividade da chuva; K o fator erodibilidade do solo; L o fator comprimento de rampa; C o fator de cobertura vegetal P o fator de prticas de cultivo e manejo.

Cavalcante e Arajo (2005) apresentam os fatores de erodibilidade K da Equao

Universal de Perda de Solo (USLE) para os horizontes/camadas estudadas, estimados atravs

da proposta de Wischmeier e Smith (1978), a partir de resultados dos parmetros geotcnicos

obtidos, atravs da seguinte formulao:

KUSLE = 0,137 [ 2,1x10-4 . (12 MO).((Sil + Af).(100-Arg))1,14 + 3,25 . (S1-2)+2,5.(P1-3)] (2.2) 100 Onde:

KUSLE = erodibilidade do solo (ton.ha.h/ha.MJ.mm) MO = percentual de matria orgnica Sil+Af = percentual de silte + areia fina Arg = percentual de argila S1 = parmetro que descreve a estrutura do solo (Tabela 2.3) P1= parmetro que descreve a permeabilidade (Tabela 2.4)

Tabela 2.3 Classificao da estrutura

Classificao Estrutura

1 Granular muito fina

2 Granular fina

3 Granular mdia ou grande

4 Bloco ou macio Fonte: Wischmeier e Smith (1978)

32

Tabela 2.4 Classificao do coeficiente de permeabilidade. Textura Permeabilidade (cm/s) Classificao

Argila siltosa, argila < 2,8 x 10-5 6 muito baixa

Argila siltosa, argila arenosa 2,8 x 10-5 a 5,6 x 10-5 5 baixa

Argila arenosa 5,6 x 10-5 a 1,4 x 10-4 4 baixa a moderada

Silte 1,4 x 10-4 a 5,6 x 10-4 3 moderada

Areia argilosa 5,6 x 10-4 a 1,7 x 10-3 2 alta

Areia > 1,7 x 10-3 1 muito alta Fonte: Hann et al. (1994)

O fator KUSLE de erodibilidade foi classificado de acordo com Carvalho (1994, apud

Cavacante e Arajo, 2005) de acordo com a Tabela 2.5. Para a converso de unidades do

sistema internacional (ton.ha.h/ha.MJ.mm) para o sistema mtrico (t/ha/(t.m/ha.mm/hora))

multiplicou-se os valores obtidos pela acelerao da gravidade (g=9,8m/s2).

Segundo estes autores, a eroso depende mais da declividade do terreno,

caractersticas da chuva, cobertura e manejo, do que das propriedades do solo em si. A

erodibilidade, no entanto, depende muito mais da natureza do solo, o que justificaria o porqu

de alguns solos erodirem mais facilmente do que outros, mesmo quando o declive, a chuva, a

cobertura e o manejo so os mesmos.

Tabela 2.5 Classificao do fator K de erodibilidade Fator K de erodibilidade (t/ha/(t.m/ha.mm/hora)) Classificao

< 0,15 Baixa

0,15 a 0,30 Mdia

> 0,30 Alta Fonte: Carvalho (1994, apud Cavacante e Arajo, 2005)

As pesquisas agronmicas apresentam maior interesse na eroso superficial, ou seja,

nas eroses entressulcos e em sulcos limitadas ao horizonte superficial. Os dados

experimentais obtidos se devem principalmente a experimentos de campo, onde parcelas de

solo so submetidas a ciclos de chuva natural ou simulada. Trabalhos relativos a utilizao de

parcelas experimentais em vrios condies de uso e manejo so apresentados por Reichert et

al. (2001), Panachuki et al. (2006), Nunes e Cassol (2006), Freitas et al. (2008) e Silva et al

33

(2009). Nestes trabalhos buscam-se determinar a perda de solo (desagregao) e tenso

cisalhante hidrulica crtica.

O modelo WEPP (Water Erosion Prediction Project) de Flanagan e Nearing (1995

apud BASTOS, 1999) segue uma nova tendncia de abordagem, onde a eroso dividida em

eroso entressulcos, resultante do destacamento e transporte de partculas de solo pelas gotas

de chuva e fluxo superficial e eroso em sulcos, resultante da ao da energia cisalhante do

fluxo no leito dos sulcos.

Cantalice et al. (2005) considera que a erodibilidade do solo em sulcos determinada

a partir da relao entre as taxas de desagregao em sulcos e tenso cisalhante do fluxo, dada

pela seguinte expresso:

Dr = Kr ( - c) (2.3)

Onde:

Dr = taxa de desagregao em sulcos (g/cm2/min), Kr = erodibilidade do solo em sulcos (g/cm2/min/Pa), = tenso cisalhante do fluxo (N/m2 ou Pa) c = tenso crtica de cisalhamento do solo (N/m2 ou Pa). Segundo Cantalice et al. (2005) a erodibilidade em sulcos consiste no coeficiente

angular da reta que relaciona as taxas de desagregao (Dr) com a tenso cisalhante do fluxo

(). A tenso crtica de cisalhamento do solo (c) corresponde ao valor do intercepto da tenso cisalhante () quando a taxa de desagregao nula (Dr = 0). Segundo Bastos (1999) de uma maneira geral, a eroso entressulcos de forma isolada, importante em casos limitados,

entretanto, condiciona a carga de sedimento no fluxo dos sulcos e, portanto, interfere na

eroso.

2.4.2 O enfoque geotcnico Aplicao dos conceitos de Mecnica dos Solos

Segundo Vilar e Prandi (1993), no mbito da Mecnica dos Solos, tem sido pequeno o

esforo de procurar estabelecer os fatores que condicionam a resistncia eroso. Em geral,

sua medida de pequena magnitude se comparados com a resistncia do solo a outros

esforos, alm de ser necessrio representar complexas condies ambientais.

34

Bastos (1999) quantifica a erodibilidade de solos tropicais e subtropicais, no

saturados, a partir de quatro perfis representativos dos processos erosivos na regio

metropolitana de Porto Alegre, levando em conta a magnitude e a freqncia dos processos

erosivos, em trs nveis principais e dois nveis intermedirios (Tabela 2.6).

Tabela 2.6 - Classificao relativa da erodobilidade.

ERODIBILIDADE RELATIVA OBSERVAO

Baixa Solos laterticos, que quando preservado, mostra resistncia ao ravinamento deflagrador das voorocas.

Mdia Solos arenosos finos, que apresentam certa resistncia eroso, devido cimentao herdada do arenito. Susceptveis ao processo de ravinamento e a eroso interna.

Alta Solos friveis com ravinamento e voorocas em alto grau de desenvolvimento.

Mdia a baixa Solos que perderam parte da cimentao de origem e que so compensados pelo enriquecimento em argila.

Mdia a alta Solos saprolticos arenosos de origem grantica, sujeitos a ravinamentos e voorocamentos. Fonte: Tatto (2007) adaptado de Bastos (1999)

Bastos (1999) apresenta um levantamento de vrios mtodos que buscam estimar a

erodibilidade atravs propriedades mecnicas, fsicas e qumicas do solo de mais fcil

determinao. Estas relaes no so universais, pois foram desenvolvidas em trabalhos

locais e quanto extrapoladas para outras reas no apresentam as relaes sugeridas pelos seus

autores.

2.5 Ensaios geotcnicos para avaliao da erodibilidade

A avaliao da erodibilidade de um solo pode se dar por mtodos diretos e indiretos.

Alguns ensaios como os realizados para a caracterizao fsica, considerados ensaios de

avaliao indireta da erodibilidade so os seguintes: ensaio de desagregao, perda de massa

por imerso e infiltrabilidade da metodologia MCT (Nogami e Villibor, 1979) e o ensaio de

35

cone de laboratrio. Para Jacintho et al. (2006), o ensaio de desagregao, juntamente com o

ensaio chamado Inderbitzen, so formas diretas de avaliao da erodibilidade.

Bastos (1999) apresentou uma nova proposta metodolgica com uma abordagem

geotcnica para avaliao da erodibilidade de solos residuais. Tal proposta possui como base

o estudo da erodibilidade, em perfis de solos residuais no saturados, realizado pelo autor em

sua Tese de Doutorado. A proposta consiste em uma avaliao indireta e uma avaliao direta

da erodibilidade. A avaliao indireta realizada em campo, com base em diferentes critrios

estabelecidos na literatura tcnica como a Estimativa do fator erodibilidade KUSLE da Equao

Universal de Perda de Solo (USLE) entre outros. A avaliao direta se d por meio dos

ensaios de Inderbitzen em laboratrio, complementada com os ensaios de resistncia ao

cisalhamento direto com controle de suco.

Dentre os trabalhos sobre erodibilidade na rea da engenharia, vale destacar o

pioneirismo dos estudos iniciados na dcada de 60 pelo Laboratrio Nacional de Engenharia

Civil de Portugal (LNEC) e pelo Laboratrio de Engenharia de Angola, com o objetivo de

obter critrios de erodibilidade para solos tropicais encontrados em cortes de estradas

(BASTOS, 1999).

2.5.1 Ensaios de caracterizao fsica

Os ensaios de caracterizao fsica so considerados primordiais na anlise, no s da

erodibilidade, como tambm em qualquer outra propriedade do solo. Sua inter-relao com a

erodibilidade no considerada simples e direta para alguns autores, como Jacintho et al.

(2006). Para estes autores, os solos tropicais possuem a caracterstica de serem agregados

quando intemperizados, sendo um equvoco a relao direta entre a granulometria do solo e a

erodibilidade, por exemplo.

A mesma anlise direta no deve ser feita em relao plasticidade. Sabe-se que solos

com maior ndice de plasticidade so menos erodveis (com exceo das argilas dispersivas),

porm, no caso dos solos tropicais, a presena de oxi-hidrxido de ferro, conferem uma maior

estabilidade e resistncia ao solo, tornando-o menos erodvel, mesmo apresentando uma baixa

plasticidade (CARDOSO, 2002 apud JACINTHO et al., 2006).

Segundo Jacintho et al. (2006) a porosidade e a distribuio dos poros so

consideradas as propriedades fsicas mais relevantes na inter-relao com a erodibilidade, pois

36

os fenmenos de suco, coeso e permeabilidade so afetados devido concentrao de

macroporos interconectados. Considera ainda que as anlises em termos de peso especfico

real dos gros devem ser evitadas pelo fato de serem muito variveis nos solos tropicais.

Pejon e Silveira (2007), na investigao de 244 amostras de solos tropicais em So

Paulo, verificaram um excelente correlao entre a erodibilidade e a perda de massa por

imerso, o peso especfico real e a infiltrabilidade (absoro de gua).

Bacellar et al. (2005), utilizaram ensaios granulomtricos com e sem uso de

defloculante para caracterizar os processos erosivos encontrados na Bacia hidrogrfica

Maracuj (MG).

Bastos (1999), ao analisar os processos erosivos em quatro perfis na regio

metropolitana de Porto Alegre, constatou que o decrscimo do teor de finos e a plasticidade

aumentaram a erodibilidade dos solos. No entanto, esta relao no foi confirmada pelo

estudo de solos tropicais realizados por Fcio (1991). Para este autor, esta no confirmao se

deve ao fato da influncia de caractersticas estruturais e mineralgicas dos solos,

demonstrando que essas propriedades no podem ser nicas na avaliao do comportamento

geomecnico dos solos.

De acordo com Fcio (1991), a erodibilidade dos solos tende a ser inversamente

proporcional ao grau de saturao sem mostrar, no entanto, qualquer tendncia com os demais

parmetros geotcnicos estudados isoladamente.

Silva et al. (2000) avaliou mtodos indiretos de determinao da erodibilidade de

latossolos brasileiros, foram testados 23 modelos indiretos de estimativa da erodibilidade

(fator k), os autores concluiram, em sua pesquisa, que nenhum dos 23 mtodos testados

mostrou-se recomendvel para a estimativa da erodibilidade para o conjunto dos latossolos

estudados, sendo necessrio o desenvolvimento de modelos especficos para este tipo de solo.

2.5.2 Ensaio de desagregao

Tambm chamado de slaking test, evoluiu do chamado crumb test, ensaio preconizado

para identificao de solos dispersivos atravs da imerso gradual de uma amostra de solo em

gua com a descrio qualitativa dos fenmenos observados.

Para Morowaki e Mitchell (1977 apud BASTOS et al., 2000) a desagregao o

processo de runa de uma amostra de solo no confinada, exposta ao ar e na seqncia imersa

37

em gua. O objetivo deste ensaio a verificao da instabilidade desagregao de uma

amostra de solo cbica ou cilndrica, quando submersa em gua destilada, sendo considerada

como uma avaliao indireta, visual e qualitativa da estabilidade, no sendo normatizado.

A aplicao deste ensaio de desagregao para fins geotcnicos foi idealizada pela

engenheira Anna Margarida Fonseca, ao estudar propriedades dos solos para fins de

fundaes durante a construo de Braslia, conforme Ferreira (1981 apud BASTOS et al.,

2000).

Santos (1997 apud BASTOS et al., 2000) indica o ensaio de desagregao como

critrio preliminar na avaliao qualitativa da erodibilidade devido ao fato de ser um ensaio

considerado simples e de resultar bons resultados, auxiliando no direcionamento de outros

ensaios de eroso.

Em se tratando da descrio qualitativa da amostra so observadas as seguintes

dinmicas na amostra: (a) abatimento (slumping); (b) fraturamento no topo; (c) rupturas nas

bordas; (d) velocidade de desagregao; (e) grau de disperso das partculas de solo; (f)

velocidade de ascenso capilar; e (g) inchamento.

Em relao metodologia de ensaio, de acordo com Santos (1997, apud JACINTHO

et al., 2006) as amostras indeformadas so moldadas em forma de cubos com 6 cm de aresta,

sendo que as amostras so submetidas a imerso total durante 24 horas, e a imerso parcial.

Este mesmo autor recomenda que as diferentes amostras no devem ser colocadas em um

mesmo recipiente para serem ensaiadas, pois os elementos e compostos qumicos

desprendidos de uma amostra podem interferir na estabilidade das outras.

Welter e Bastos (2003) realizaram o ensaio utilizando amostras compactadas no

equipamento miniatura com dimetro e altura de 5 cm na condio de umidade tima de

compactao (Wtima) e previamente secas ao ar, sendo submetidas ao processo de imerso

parcial apenas, como descrito por Santos (1997, apud JACINTHO et al., 2006).

Santos (1997 apud BASTOS et al., 2000) ao ensaiar amostras de solo de voorocas no

municpio de Goinia, concluiu que a desagregao verificada nas amostras ocorreu pelo

processo de abatimento causado pela hidratao e desaerao geradas na fase de inundao

das amostras, sendo que o processo de saturao das amostras anula a suco matricial e gera

poropresso positiva capaz de desestruturar e desagregar o solo.

Lima (1999, apud JACINTHO et al., 2006) realizou ensaios de desagregao em

amostras de solo em eroses da cidade de Manaus, coletadas entre 5,0 e 8,5 m de

profundidade, sendo submersas totalmente durante sete dias, no mostrando nenhuma

38

desagregao, tendo como resultados a associao da estrutura geolgica ao processo de

evoluo da eroso.

2.5.3 Critrios de erodibilidade tendo como base a metodologia MCT (Miniatura,

Compactado, Tropical)

A metodologia MCT envolve um conjunto de ensaios em solos tropicais e

subtropicais, que foi desenvolvido para o uso em rodovias e estradas vicinais, substituindo

mtodos de estudo de solo desenvolvidos em pases de climas frios e temperados.

Alguns ensaios desta metodologia serviram como base para que Nogami e Villibor

(1979) atribussem os critrios de erodibilidade, desta forma, direcionando as pesquisas no

campo da erodibilidade dos solos, cobrindo lacunas deixadas pelas classificaes geotcnicas

tradicionais, e pela isolada associao de Pedologia e Geologia na previso do

comportamento dos solos tropicais frente eroso.

Esta avaliao fundamentada em dois parmetros: o coeficiente de soro (s) obtido

no ensaio de infiltrabilidade, e o coeficiente perda por imerso (pi) obtido pelo ensaio de

perda de massa por imerso modificado (ensaio de erodibilidade especfica), ensaio este

similar quele estabelecido originalmente pela metodologia MCT.

Atravs da diviso do parmetro pi por s, possvel a classificao dos solos em

relao ao grau de erodibilidade, sendo considerados solos erodveis quando esta relao for

superior ao valor 52. O mesmo critrio de classificao foi proposto de maneira grfica por

Nogami e Villibor (1995) (Figura 2.6), sendo baseado em um nmero maior de ensaios. Para

Pejon (1992 apud VILAR e PRANDI, 1993) a relao entre pi e s deve ser superior ao valor

40, para que os solos sejam classificados como erodveis.

Os critrios de erodibilidade baseados na metodologia MCT foram confirmados por

Bastos (1999), no estudo da erodibilidade de solos residuais no saturados na regio

metropolitana de Porto Alegre.

39

Figura 2.6 Critrio de erodibilidade MCT segundo Nogami e Villibor (1995)

Ensaio de infiltrabilidade

Conforme Nogami e Villibor (1979 e 1988) o ensaio de Infiltrabilidade consiste na

medio da quantidade de gua que infiltra em corpos de prova de 5 cm de dimetro, pela sua

base, em funo da raiz quadrada do tempo.

Para Bastos et al. (2000), a infiltrabilidade uma propriedade hidrulica dos solos no

saturados a qual representa a facilidade com que a gua infiltra no solo atravs de sua

superfcie. Uma descrio do objetivo deste ensaio e sua aplicao em pavimentos

econmicos pode ser encontrada em Villibor e Nogami (2009).

O processo de infiltrabilidade est associado ao fluxo de gua que ascende pela

amostra, sendo possvel assim medir o deslocamento da gua atravs de uma rgua graduada

junto ao tubo capilar, nos tempos que seguem uma relao quadrtica (1, 2, 4, 9, 16, 25, 36

min) at o deslocamento do menisco cessar. So plotados os deslocamentos do menisco (cm)

pelo tempo, em uma relao quadrtica, (min ), onde se observa, inicialmente, uma

tendncia retilnea dos pontos onde medido o coeficiente de soro (s) (Figura 2.7).

40

Figura 2.7 Ensaio de infiltrabilidade da metodologia MCT para a avaliao da erodibilidade. Fonte: adaptado

de Nogami et al. (1987)

Tatto (2007) e vila (2009) tendo como base os estudos de Bastos (1999), realizaram

este ensaio para a caracterizao da erodibilidade de uma vooroca no oeste do Rio Grande do

Sul e na regio central do referido estado, respectivamente.

Ensaio de perda de massa por imerso modificado

Este ensaio, tambm chamado de ensaio de erodibilidade especfica, consiste, segundo

Nogami e Villibor (1979), em submergir em gua, durante 20 h, amostras compactadas de

solo, confinadas pelo anel.

Recolhe-se o solo desprendido do anel e determina-se a sua massa seca. A perda de

massa por imerso pi (%) calculada atravs da relao entre o peso do solo seco

desagregado e o peso do solo seco total da amostra. A Figura 2.8 apresenta o esquema

original do ensaio de erodibilidade especfica, neste estudo, assim como em Bastos (1999),

Tatto (2007) e vila (2009), o ensaio foi realizado com a amostra rente ao molde, sem a

borda livre.

41

Bastos (1999), Tatto (2007) e vila (2009) utilizaram amostras de solo indeformadas

em anis de PVC com 5 cm de altura e 5 cm de dimetro, nas condies de umidade natural,

seca ao ar (por no mnimo 72 horas) e pr-umedecidas (amostras oriundas do ensaio de

infiltrabilidade), imersas em gua por 20 horas. A perda de massa por imerso (pi), representa

para tais autores, o grau de desagregao do solo sob a ao esttica da gua.

Figura 2.8 Ensaio de erodibilidade especfica da metodologia MCT para a avaliao da erodibilidade. Fonte:

Nogami e Villibor (1979)

2.5.4 Critrios de erodibilidade baseado em ensaios de cone de laboratrio

Alcntara (1997 apud BASTOS, 1999) props a utilizao do ensaio de penetrao ao

cone para determinar a erodibilidade de solos. Segundo este autor, a diferena de penetrao

em amostras saturadas e no saturadas apresentaria boa correlao com a erodibilidade.

A partir dos valores de penetrao nas condies natural (Pnat) e saturada (Psat),

pode-se definir DP (variao de penetrao), conforme a equao a seguir apresentada:

42

DP (%) = (Psat Pnat) / Pnat (2.4)

O ensaio de penetrao de cone utilizado por Alcntara e Vilar (1998 apud SILVA e

RIBEIRO, 2001) estuda o comportamento de amostras indeformadas com altura de 40 mm e

dimetro de 73 mm, perante a penetrao de um cone com ngulo de abertura de 30 e altura

de 35 mm.

Mede-se em cada teste a altura de penetrao alcanada pela sua ponta em 9 (nove)

pontos diferentes na superfcie de cada amostra. A saturao obtida por capilaridade pelo

perodo de 1 hora. Os valores de penetrao natural e saturada so obtidos atravs da mdia

dos valores alcanados em trs repeties, excluindo-se aqueles que apresentem valores de

disperso em relao mdia acima de 5%. A Figura 2.9 mostra o equipamento do ensaio de

penetrao de cone desenvolvido pelos autores.

Figura 2.9- Equipamento do ensaio de penetrao de cone. Fonte: Alcntara e Vilar (1998, apud SILVA e

RIBEIRO 2001)

A Figura 2.10 mostra os resultados expressos em termos de variao de penetrao

(DP), colocados em funo da penetrao natural. Nesta Figura observa-se uma tentativa de

criar um ndice de erodibilidade. Numa primeira aproximao, valores do ndice de

erodibilidade E= 4,50 Pnat / DP menores que a unidade identificam todas as amostras com

43

alta erodibilidade, exceo da amostra 11 que apresenta comportamento semelhante ao de

amostras com alta erodibilidade.

Figura 2.10 - Relao entre DP e penetrao natural. Fonte: Alcntara e Vilar (1998, apud SILVA e RIBEIRO 2001)

Os autores concluram que o ensaio de cone destaca-se pela simplicidade e

reprodutibilidade na execuo dos testes. A condio de penetrao na situao saturada

refletem, de certo modo, a perda de resistncia exibida pelo solo em contato com gua.

Os resultados foram animadores, pois conseguiram separar amostras erodveis de no

erodveis. Numa primeira aproximao a relao DP = 4,50 Pnat separa amostras com

comportamentos diferentes face erodibilidade.

Morais et al. (2004) adotaram este ensaio na anlise de erodibilidade de saprolitos de

gnaisse no centro sul do estado de Minas Gerais e concluram que existe uma tendncia de os

solos mais erodveis serem mais expansveis e menos resistentes penetrao saturada.

44

2.5.5 Ensaio de Inder