UTILIZAÇÃO DE GEOSSINTÉTICOS EM SISTEMAS DE CONTROLE DE ...geotecnia.unb.br/downloads/teses/026-2005.pdf · Pedro Murrieta Santos Neto, Dickran Berberian (recursos hídricos) e

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

UTILIZAÇÃO DE GEOSSINTÉTICOS EM SISTEMAS DE CONTROLE

DE EROSÕES

RIDECI DE JESUS DA COSTA FARIAS

ORIENTADOR: JOSÉ CAMAPUM DE CARVALHO, PhD.

CO-ORIENTADOR: ENNIO MARQUES PALMEIRA, PhD.

TESE DE DOUTORADO EM GEOTECNIA

BRASÍLIA/ DF: ABRIL / 2005

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

UTILIZAÇÃO DE GEOSSINTÉTICOS EM SISTEMAS DE CONTROLE DE

EROSÕES

RIDECI DE JESUS DA COSTA FARIAS

TESE DE DOUTORADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

CIVIL E AMBIENTAL DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM

CIÊNCIAS.

APROVADA POR:

PROF. JOSÉ CAMAPUM DE CARVALHO, PhD. (UnB) (ORIENTADOR)

PROF. NEWTON MOREIRA DE SOUZA, DSc. (UnB)(EXAMINADOR INTERNO)

PROF. LUÍS FERNANDO MARTINS RIBEIRO, DSc. (UnB)(EXAMINADOR INTERNO)

PROF. ANTONIO JOSÉ TEIXEIRA GUERRA, PhD. (UFRJ) (EXAMINADOR EXTERNO)

PROF. ORÊNCIO MONJE VILAR, DSc. (EESC/USP) (EXAMINADOR EXTERNO)

ii

DATA: BRASÍLIA/DF, 18 DE ABRIL DE 2005.

FICHA CATALOGRÁFICA

FARIAS, RIDECI DE JESUS DA COSTA

Utilização de geossintéticos em sistemas de controle de erosões, 2005.

(xxiii), 188 p., 210 x 297 mm (ENC/ FT/ UnB, Doutor, Geotecnia, 2005)

Tese de Doutorado - Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de

Engenharia Civil e Ambiental.

1. Geossintéticos 2. Filtração

3. Controle de erosões 4. Ensaios de laboratórios

I. ENC/ FT/ UnB II. Doutor

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

FARIAS, R. J. C. (2005). Utilização de Geossintéticos em Sistemas de Controle de Erosões.

Tese de Doutorado, Publicação G.TD-026/05, Departamento de Engenharia Civil e

Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 188 p.

CESSÃO DE DIREITOS

NOME DO AUTOR: Rideci de Jesus da Costa Farias.

TÍTULO DA TESE DE DOUTORADO: Utilização de Geossintéticos em Sistemas de

Controle de Erosões.

GRAU: Doutor em Ciências ANO: 2005.

É concedida à Universidade de Brasília a permissão para reproduzir cópias desta Tese

de Doutorado para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e

científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta Tese de

Doutorado pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor.

Rideci de Jesus da Costa Farias. SCLN 405 - Bloco C - Apartamento 116 70846-530 - Brasília/ DF - Brasil Fone: (061) 273-2188 / (061) 9909-5472 / (091) 272-0173 / (091) 223-4290.

iii

Dedico esta Tese primeiramente a Deus que sempre me deu

disposição e condições para a realização deste trabalho.

Dedico também a minha noiva Renata Luiza, aos meus avós: Maria e

João Costa; pais: Antônio Negrão e Maria Costa; irmãos: Rildo, Rosinaldo,

Rosângela, Reginaldo e Reinaldo; sobrinhos Ranieri, Rildo Gabriel e Raíssa,

tios, tias, primos e cunhada, pelo apoio e compreensão, especialmente no

longo período de ausência do nosso convívio familiar.

iv

AGRADECIMENTOS

Ao meu Orientador Prof. José Camapum de Carvalho por sua dedicação, amizade e

conhecimentos transmitidos para execução e conclusão deste trabalho.

Ao meu Co-orientador Prof. Ennio Marques Palmeira por sua dedicação, amizade e

conhecimentos transmitidos para execução e conclusão deste trabalho.

Ao Prof. José Henrique Feitosa Pereira (in memorian) por todo incentivo e

conhecimento transmitido ao longo desta pesquisa e lamento não poder ter retribuído a ajuda

que deu quando de sua passagem por este mundo.

Aos professores André Pacheco de Assis, Márcio Muniz, Newton Moreira de

Souza, Pedro Murrieta Santos Neto, Dickran Berberian e Cristina (recursos hídricos)

pelos conhecimentos transmitidos.

Aos grandes amigos da turma de mestrado de 1997: Alessandra, Álvaro, Jeferson,

Lilian, Lindomar, Luciana Maroja, Luciana Michèlle, Marilene, Marisaides e especial ao

Edison de Almeida Manso por todo apoio fornecido.

Aos grandes amigos da turma de doutorado de 2000: André, Cláuida Gurjão,

Idemilson, José Moura e Luciana.

Ao grande amigo Haroldo da Silva Paranhos por todo o apoio dispensado durante o

nosso convívio, não poupando esforços em suas ajudas.

Ao amigo Francisco Júnior pela amizade, incentivo e ajuda.

Ao amigo Luiz Fernando Ribeiro pela amizade e incentivo.

Aos grandes amigos Sérgio Antônio Gurgel de Oliveira pelo apoio e ajuda

dispensados, Cláudia Cristiane Lima do Vale e Eduardo Nina Pinheiro Perez pela grande

amizade estabelecida e convívio harmonioso.

Aos grandes amigos Alcindo Pereira, João Carlos Oliveira, Paulo Augusto Diniz,

Nelson Otávio da Motta pela amizade, brincadeiras e seriedade.

À amiga Andrea Miranda Costa e Sua Prima Mira pelo apoio quando da minha

chegada em Brasília.

Aos amigos Evaldo Matheus, D. Graça, Marizeth, Ronny, Gilson, Cynthia,

Daniele, Aldo, Roberto Márcio, Renato Cabral Guimarães, Sérgio Fleury, Newton.

v

A todos amigos da pós-graduação em Estruturas, pós-graduação em Recursos Hídricos

e pós-graduação em Transportes Urbanos da UnB entre outros que não tiveram seus nomes

incluídos nesta lista por puro lapso de memória.

À CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro.

À Faber Castell pelo apoio financeiro e aos seus funcionários, especialmente ao

Ronaldo e Cassiano pela ajuda.

À BBA/PRODESIVO pelo fornecimento de materiais que foram objeto de estudo

desta Tese.

Ao Sr. Antônio Cândido (Boy) pela amizade e ajuda nos momentos em que precisei.

Aos amigos Severino e Xavier pela constante amizade.

Aos funcionários do Departamento de Engenharia Civil, especialmente aos técnicos

do laboratório de Geotecnia (Alessandro, Vanilson e Ricardo), pelo apoio sempre oportuno.

A todos que direta ou indiretamente contribuíram para a execução e conclusão deste

trabalho.

vi

RESUMO

Este trabalho apresenta algumas técnicas para o controle e recuperação de erosões

com a utilização de geossintéticos. O objetivo da pesquisa foi compreender melhor o

mecanismo de controle de sedimentos (como barreiras de retenção de sedimentos),

produzidos por erosões usando geotêxteis, para solos potencialmente erodíveis do Distrito

Federal e Anápolis (GO).

O geotêxtil é o tipo de geossintético mais comumente utilizado em obras geotécnicas,

sendo capaz de funcionar como reforço, filtro, dreno, camada protetora, etc. Com relação a

obras de controle de erosões, os geotêxteis podem desempenhar as funções de retenção de

partículas, drenagem e reforço em aterros reforçados.

Para o entendimento da interação solo/geotêxtil, executou-se uma série de ensaios

num equipamento, construído na Universidade de Brasília, em forma de canal, permitindo a

colocação do geotêxtil funcionando como barreira para verificação desse comportamento.

Posteriormente, implantou-se um modelo em campo para verificação do desempenho do

sistema quanto ao controle e recuperação de processos erosivos.

Os resultados obtidos em laboratório e as observações feitas em campo mostraram que

o equipamento desenvolvido se comportou bem para a avaliação preliminar da utilização de

geotêxteis como barreiras para partículas sólidas em estruturas de controle de erosões.

O desempenho dos sistemas solos-geotêxteis dependeu diretamente da granulometria

do solo e das características dos geotêxteis. O diâmetro máximo das partículas que

atravessaram o geotêxtil foi significativamente menor que o esperado, tomando-se como base

a abertura de filtração fornecida em catálogos de fabricantes. Os critérios de filtro disponíveis

se mostraram conservativos para as condições do ensaio. Observou-se também que geotêxteis

de baixa gramatura e baixo custo podem servir como solução para a retenção de partículas

sólidas oriundas de processos erosivos e potencialmente utilizáveis em obras de controle de

erosões.

vii

ABSTRACT

This work presents some techniques for the control and recovery of erosions using

geosynthetics. The aim of the research was to obtain a better understanding on the

mechanisms of control of sediments (as barriers of retention of sediments), produced by

erosion using geotextiles, for some erodible soils of the Federal District and Anápolis (GO).

The geotextiles are the most commonly used geosynthetic in routine geotechnical

works, being able to function as reinforcement, filters, drains, protective layers, etc.

Regarding erosion control works, geotextiles can have the functions of soil retention, drainage

and reinforcement, in reinforced soil structures for erosion control.

For the understanding of the interaction between soils and geotextiles, a series of tests

was performed in an equipment, built in the University of Brasília, in channel form, allowing

the placement of the geotextile working as barrier for verification of that behavior. Later, a

model was implanted in field for verification of the performance of the system as for the

control and recovery of erosive processes.

The results obtained in laboratory and the observations done in field showed that the

equipment developed behaved well for the preliminary evaluation of the capability of

geotextiles as barriers for soil particles in erosion control structures.

The performance of the soils-geotextiles system was directly related to the soil grain

size distribution and geotextile characteristics. The diameter of the largest soil particle

passing trough the geotextile during the tests was significantly smaller than expected based on

the geotextile filtration opening size obtained from manufacturers’ catalogues. The filter

criteria available were rather conservative for the conditions of the test. Its was also observed

that light and low cost geotextiles can provide an appropriate solution for the retention of soil

particles originated from erosive processes and potentially usable in works of control of

erosions.

viii

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO............................................................................................................... 1

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 3

2.1. O FENÔMENO DA EROSÃO - CONCEITOS BÁSICOS ......................................... 3

2.2. EROSÕES NO DISTRITO FEDERAL..................................................................................... 5

2.3. MODELOS DE PERDAS DE SOLO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS ....................................... 7

2.4. GEOSSINTÉTICOS: TIPOS E FUNÇÕES ...................................................................... 12

2.5. GEOTÊXTIL EM FILTRAÇÃO E DRENAGEM..................................................................... 17

2.5.1. PROPRIEDADES FÍSICAS................................................................................................. 17

2.5.2. PROPRIEDADES MECÂNICAS......................................................................................... 18

2.5.3. PROPRIEDADES HIDRÁULICAS ..................................................................................... 18

2.6. CRITÉRIOS DE FILTRO PARA GEOTÊXTEIS ..................................................................... 21

2.6.1. ENSAIOS LABORATORIAIS PARA FILTRAÇÃO SOLO-GEOTÊXTIL............................. 26

2.6.1.1. ENSAIO DE RAZÃO ENTRE GRADIENTES (“GRADIENT RATIO TEST” GR) -

CALHOUN (1972) .......................................................................................................................27

2.6.1.2. ENSAIO DE FILTRAÇÃO DA FRAÇÃO FINA (F3)..................................................................28

3. UTILIZAÇÃO DE GEOSSINTÉTICOS NO CONTROLE DE EROSÃO ............ 33

3.1. INTRODUÇÃO............................................................................................................. 33

3.2. CONSIDERAÇÕES INICIAIS.................................................................................... 33

3.3. GEOTÊXTEIS NO CONTROLE DE EROSÃO........................................................ 34

3.3.1. CONSIDERAÇÕES ESPECIAIS PARA OBRAS DE CONTROLE DE EROSÕES

UTILIZANDO-SE GEOTÊXTEIS................................................................................................... 36

3.3.2. CONCEPÇÃO DE PROJETO DE CONTROLE DE EROSÃO........................................... 37

3.3.3. PRINCIPAIS PROCEDIMENTOS PARA INSTALAÇÕES DE GEOTÊXTEIS................... 41

3.3.4. GEOTÊXTEIS NO CONTROLE DE VOÇOROCAS ........................................................... 44

3.4. GEOMANTAS NO CONTROLE DE EROSÃO........................................................ 47

3.4.1. CONSIDERAÇÕES PARA OBRAS COM USO DE GEOMANTAS ................................... 48

3.4.2. PRINCIPAIS PROCEDIMENTOS DE PROJETOS............................................................ 48

3.5. GEOCÉLULAS NO CONTROLE DE EROSÕES .................................................... 52

3.5.1. PRINCIPAIS PROCEDIMENTOS DE PROJETOS............................................................ 54

3.6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................................... 24

4. EQUIPAMENTOS BÁSICOS UTILIZADOS NA PESQUISA ............................... 56

4.1. INTRODUÇÃO............................................................................................................. 56

ix

4.2. EQUIPAMENTO PARA ANÁLISE DO GEOTÊXTIL EM ENSAIOS DE

FILTRAÇÃO.......................................................................................................................... 56

4.3. CANAL DE RETENÇÃO E DEPOSIÇÃO DE SEDIMENTOS............................... 57

4.4. SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DA MISTURA ...................................................... 59

4.5. SISTEMA DE DESCARGA DA MISTURA............................................................... 62

4.6. SISTEMA DE DRENAGEM........................................................................................ 63

4.7. EQUIPAMENTO PARA ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DAS PARTÍCULAS

PASSANTES PELO GEOTÊXTIL DURANTE OS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO .......... 64

5. MATERIAIS E METODOLOGIAS UTILIZADOS NOS ENSAIOS ..................... 67

5.1. INTRODUÇÃO............................................................................................................. 67

5.2. MATERIAIS UTILIZADOS ....................................................................................... 67

5.2.1. SOLOS DAS EROSÕES SELECIONADAS NO DISTRITO FEDERAL .............................. 67

5.3. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DOS SOLOS ESTUDADOS.............................. 69

5.3.1. SOLO DA EROSÃO DE ANÁPOLIS................................................................................... 71

5.3.2. GEOTÊXTEIS UTILIZADOS .............................................................................................. 74

5.3.3. ÁGUA UTILIZADA ............................................................................................................. 76

5.4. METODOLOGIAS UTILIZADAS NA REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS ............... 77

5.4.1. DETERMINAÇÃO DA VAZÃO PARA EXECUÇÃO DOS ENSAIOS ................................. 77

5.4.2. ENSAIOS NO SIMULADOR HIDRÁULICO ...................................................................... 79

5.4.2.1. ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DE SÓLIDOS TOTAIS..........................................73

5.4.3. ENSAIOS DE PERMEABILIDADE COM GEOTÊXTEIS APÓS OS ENSAIOS DE

FILTRAÇÃO................................................................................................................................... 84

5.4.4. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DAS PARTÍCULAS PASSANTES PELO GEOTÊXTIL

DURANTE OS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO................................................................................... 86

6. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS

REALIZADOS NO SIMULADOR HIDRÁULICO PARA ANÁLISE DE

GEOTÊXTEIS COMO BARREIRAS DE SEDIMENTOS ............................................... 87

6.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 87

6.2. CONSIDERAÇÕES INICIAIS .............................................................................................. 87

6.3. ENSAIOS EXECUTADOS COM ÁGUA NO SISTEMA CONTENDO UM

BARRAMENTO..................................................................................................................... 88

6.4. RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ERCE 1 COM VAZÃO DE 250 CM3/S 93

6.4.1. RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 250 cm3/s ................ 93

6.4.2. RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS COM REUSO NA VAZÃO DE 250 cm3/s.......... 96

x

6.5. RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ERCE 1 COM VAZÃO DE 1.000 CM3/S100

6.5.1. RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s ........... 100

6.5.2. RESULTADOS PARA GEOTÊXTEIS COM REUSO NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s........... 103

6.6. RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ERCE 2 COM VAZÃO DE 1.000 CM3/S ................. 107

6.6.1. RESULTADOS PARA GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s ................. 107

6.6.2. RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS COM REUSO NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s..... 110

6.7. RESULTADOS PARA O SOLO ERAN COM VAZÃO DE 1000 CM3/S .................................... 114

6.7.1. RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s ........... 114

6.7.2. RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS COM REUSO NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s..... 117

6.8. ENSAIOS DE GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL............... 121

6.8.1. RESULTADOS OBTIDOS PARA O GEOTÊXTIL VP-75 ................................................. 121

6.8.2. RESULTADOS OBTIDOS PARA O GEOTÊXTIL OP-15................................................. 123



6.8.5. COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS OBTIDOS NAS ANÁLISES

GRANULOMÉTRICAS DOS MATERIAIS PASSANTES PELOS GEOTÊXTEIS ........................ 130

6.8.6. ENSAIOS DE SÓLIDOS TOTAIS...................................................................................... 132

6.8.7. ENSAIOS DE PERMEABILIDADE NORMAL DOS GEOTÊXTEIS APÓS OS ENSAIOS DE

FILTRAÇÃO................................................................................................................................. 134

6.9. COMENTÁRIOS SOBRE O CAPÍTULO 6............................................................. 136

7. PROPOSIÇÃO E EXECUÇÃO DO MODELO EM CAMPO .............................. 137

7.1. PROPOSIÇÃO DO MODELO.................................................................................. 137

7.2. PROCEDIMENTOS DE PROJETO DOS BARRAMENTOS ............................... 140

7.3. EXECUÇÃO DO MODELO EM CAMPO NA CIDADE DE ANÁPOLIS...................... 142

7.4. IMPLANTAÇÃO DO MODELO NO MUNICÍPIO DO PRATA EM MINAS GERAIS............ 147

7.4.1. LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO......................................................................... 147

7.4.2. CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROCESSO EROSIVO NA REGIÃO............................... 148

7.4.3. DETALHES DOS PROCEDIMENTOS ADOTADOS PARA O PROJETO....................... 149

7.4.3.1. VERIFICAÇÃO DAS CONDIÇÕES LOCAIS ...............................................................149

7.4.3.2. DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDADE DO SISTEMA..........151

7.4.3.3. INSTALAÇÃO DO MODELO EM CAMPO ............................................................................... 170

8. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ....................... 182

8.1 CONCLUSÕES................................................................................................................. 182

8.2. RECOMENDAÇÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS....................................... 182

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 185

xi

ÍNDICE DE TABELAS

TABELA 2.1 - TIPOS DE GEOSSINTÉTICOS E PRINCIPAIS FUNÇÕES (MODIFICADO - KOERNER,

1994). .................................................................................................................................................................... 14

TABELA 2.2 - RESUMO DE CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE GEOTÊXTEIS (MODIFICADO - HOLTZ

ET AL., 1997). ...................................................................................................................................................... 22

TABELA 2.3 - RESUMO DE CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE GEOTÊXTEIS (MODIFICADO -

MATHEUS, 1997)................................................................................................................................................ 24

TABELA 2.4 - OUTROS CRITÉRIOS DE FILTRO (MODIFICADO - SHI, 1993; MATHEUS, 1997). ......... 25

TABELA 5.1 - QUADRO RESUMO DAS PRINCIPAIS PROPRIEDADES FÍSICAS DOS SOLOS

ESTUDADOS....................................................................................................................................................... 73

TABELA 5.2 - CARACTERÍSTICAS DOS GEOTÊXTEIS UTILIZADO ........................................................ 75

TABELA 5.3 - CARACTERÍSTICAS DAS ÁGUAS. ........................................................................................ 77

TABELA 6.1 – VALORES DE ALTURA DA MISTURA NO CANAL DE MONTANTE CASO O

BARRAMENTO FOSSE CEGO.......................................................................................................................... 88

TABELA 6.2 - RESULTADOS DE VELOCIDADE, ALTURA DA LÂMINA D'ÁGUA E PERMISSIVIDADE

MODIFICADA PARA CADA ENSAIO EXECUTADO SOMENTE COM ÁGUA.......................................... 92


MODIFICADA PARA O SOLO ERCE 1 EXECUTADO COM VAZÃO DE 250 CM3/S................................ 99


PARA O SOLO ERCE 1 EXECUTADO COM VAZÃO DE 1000 cm3/s ......................................................... 106


MODIFICADA PARA O SOLO ERCE 2 EXECUTADO COM VAZÃO DE 1000 CM3/S............................ 113


MODIFICADA PARA O SOLO ERAN EXECUTADO COM VAZÃO DE 1000 cm3/s................................. 120

TABELA 6.7 – DIÂMETROS DE SOLOS PASSANTE PELOS GEOTÊXTEIS NOS ENSAIOS

REALIZADOS NO SIMULADOR HIDRÁULICO. ......................................................................................... 128

TABELA 6.8 – QUADRO-RESUMO DAS CONCENTRAÇÕES DO MATERIAL COLETADO A JUSANTE

DOS BARRAMENTOS. .................................................................................................................................... 133

TABELA 6.9 – QUADRO-RESUMO DA PERMEABILIDADE DOS GEOTÊXTEIS APÓS OS ENSAIOS NO

SIMULADOR HIDRÁULICO........................................................................................................................... 135

TABELA 7.1 – RESULTADOS DAS ANÁLISES DOS TALUDES NATURAIS. ......................................... 162

xii

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 2.1- NOMOGRAMA DE WISCHMEIER PARA OBTENÇÃO DO FATOR K, FATOR DE

ERODIBILIDADE DO SOLO (CARVALHO, 1994). ........................................................................................ 11

FIGURA 2.2 – FATOR KLS PARA PERDA DE SOLOS X INCLINAÇÃO DO TERRENO (MODIFICADO –

RICHARDSON E MIDDLEBROOKS, 1991). .................................................................................................... 12

FIGURA 2.3 - GEOTÊXTIL NÃO TECIDO E APLICAÇÃO EM DRENAGEM. ............................................ 14

FIGURA 2.4 - GEOTÊXTIL APLICADO EM PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA. ........................................... 15

FIGURA 2.5 - GEOGRELHA E APLICAÇÃO EM REFORÇO DE SOLOS. ................................................... 15

FIGURA 2.6 - GEOMEMBRANA APLICADA EM DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS. ...................................... 15

FIGURA 2.7 - GEOCÉLULA APLICADA NA PROTEÇÃO DE TALUDE CONTRA EROSÃO................... 16

FIGURA 2.8 - GEODRENO APLICADO EM ADENSAMENTO E CONSOLIDAÇÃO DE SOLO MOLE. .. 16

FIGURA 2.9 - GEOMANTA E SEU PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO. .................................................... 16

FIGURA 2.10 - GEOMANTA APLICADA NO CONTROLE DE EROSÃO. ................................................... 17

FIGURA 2.11 - PARÂMETROS HIDRÁULICOS (MODIFICADO - GARDONI, 1995)................................. 17

FIGURA 2.12 - PARÂMETROS HIDRÁULICOS PARA OS ENSAIOS UTILIZADOS NESTA PESQUISA.

.............................................................................................................................................................................. 20

FIGURA 2.13 - PERMEÂMETRO DE CALHOUN - “GRADIENT RATIO TEST” (MODIFICADO -

GARDONI, 1995)................................................................................................................................................. 27

FIGURA 2.14 - DESENHO ESQUEMÁTICO DO EQUIPAMENTO DE ENSAIO F3 (MODIFICADO -

MATHEUS, 1997)................................................................................................................................................. 29

FIGURA 2.15 - DESENHO ESQUEMÁTICO DO EQUIPAMENTO DESENVOLVIDO (FARIAS, 1999).... 31

FIGURA 2.16 - FOTO DO EQUIPAMENTO DESENVOLVIDO (FARIAS, 1999). .........................................32

FIGURA 3.1- APLICAÇÕES DE GEOTÊXTIL NO CONTROLE DE EROSÃO (MODIFICADO - HOLTZ ET

AL., 1997)............................................................................................................................................................. 34

FIGURA 3.2- DETALHES DA CONSTRUÇÃO DE ANCORAGENS DE GEOTÊXTEIS PARA OS

SISTEMAS DE CONTROLE DE EROSÃO (MODIFICADO - HOLTZ ET AL., 1997)................................... 42

FIGURA 3.3 - SEÇÃO TRANSVERSAL DE REVESTIMENTO DE CANAIS COM GEOTÊXTIL PARA O

CONTROLE DE EROSÃO (MODIFICADO - HOLTZ ET AL., 1997) ............................................................. 43

FIGURA 3.4 - PROTEÇÃO DE OBRA SUBMERSA COM GEOTÊXTIL PARA CONTROLE DE EROSÃO

(MODIFICADO - HOLTZ ET AL., 1997)........................................................................................................... 44

FIGURA 3.5 - PRIMEIRA ETAPA DO CONTROLE DA VOÇOROCA - CONTENÇÃO DOS BRAÇOS DA

VOÇOROCA POR MEIO DE MUROS DE ARRIMO (MODIFICADO - RHODIA S.A., 1982). .................... 45

FIGURA 3.6 - CORTE DO MURO DE ARRIMO COM GEOTÊXTIL. ............................................................ 45

FIGURA 3.7 - BARRAGEM DE ASSOREAMENTO PARA CONTROLE DE EROSÃO. .............................. 46

FIGURA 3.8 - VISTA FRONTAL DA VOÇOROCA COM O SISTEMA DE CONTROLE DE EROSÃO -

“SILT FENCES”................................................................................................................................................... 46

FIGURA 3.9 - VISTA LATERAL DAS BARREIRAS ANTIEROSÃO, ONDE O GEOTÊXTIL SE APÓIA EM

TELAS METÁLICAS FIXADAS NAS HASTES (MODIFICADO - RHODIA, 1982). .................................... 47

xiii

FIGURA 3.10 - RUGOSIDADE HIDRÁULICA DE GRAMAS PARA TALUDES COM INCLINAÇÃO

MENOR DO QUE 10H:1V (MODIFICADO - HERPEN & IJSSEL, 1997). ...................................................... 49

FIGURA 3.11 - COEFICIENTE DE RUGOSIDADE PARA TALUDES GRAMADOS COM INCLINAÇÃO

MAIOR DO QUE 10H:1V (MODIFICADO - HERPEN & IJSSEL, 1997) ........................................................ 49

FIGURA 3.12 - ÁREA MOLHADA E PERÍMETRO MOLHADO (MODIFICADO - AZEVEDO NETO &

ALVAREZ, 1991).................................................................................................................................................. 50

FIGURA 3.13 - VALORES LIMITES RECOMENDADOS PARA RESISTÊNCIA À EROSÃO DE

SUPERFÍCIE E GRAMA REFORÇADA (MODIFICADO - HERPEN & IJSSEL, 1997)................................. 51

FIGURA 3.14 - SEQÜÊNCIA DE APLICAÇÃO DA GEOMANTA (MODIFICADO HERPEN & IJSSEL,

1997) ..................................................................................................................................................................... 52

FIGURA 3.15 - SEÇÃO TRANSVERSAL TÍPICA DE PROTEÇÃO DE TALUDE COM GEOCÉLULA. .....53

FIGURA 4.1 - VISÃO GERAL DO EQUIPAMENTO DESENVOLVIDO POR RIBEIRO (2000) E

UTILIZADO NA PESQUISA. ............................................................................................................................. 57

FIGURA 4.2 - ESQUEMA DO EQUIPAMENTO UTILIZADO PARA ANÁLISE DO DESEMPENHO DO

GEOTÊXTIL. ....................................................................................................................................................... 57

FIGURA 4.3 - DETALHE INTERNO DO CANAL DE RETENÇÃO E DEPOSIÇÃO DE SEDIMENTOS

COM A DESCARGA. .......................................................................................................................................... 58

FIGURA 4.4 - DETALHE DO SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO....................................................................... 59

FIGURA 4.5 - SISTEMA DE BOMBEAMENTO DO RESERVATÓRIO 2 PARA O RESERVATÓRIO 1. ... 60

FIGURA 4.6 - SISTEMA DE HOMOGENEIZAÇÃO DA AMOSTRA............................................................. 60

FIGURA 4.7 - DETALHE DO SISTEMA DE RECIRCULAÇÃO E RESERVATÓRIO. ................................. 61

FIGURA 4.8 - CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA DE PÁS E HASTE EM FORMA DE HÉLICE NO EIXO

CENTRAL. ........................................................................................................................................................... 61

FIGURA 4.9 - DIRECIONADOR DE FLUXO (RIBEIRO, 2000)...................................................................... 62

FIGURA 4.10 - SISTEMA DE ESCOAMENTO DA MISTURA PASSANTE PELO BARRAMENTO. ......... 63

FIGURA 4.11 - GRANULÔMETRO A LASER DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA

– UNB. .................................................................................................................................................................. 64

FIGURA 4.12 – UNIDADE DE PREPARAÇÃO DA AMOSTRA DO GRANULÔMETRO MODELO

MASTER SIZER S. .............................................................................................................................................. 65

FIGURA 4.13 – UNIDADE ÓPTICA DO GRANULÔMETRO MODELO MASTER SIZER S. ..................... 66

FIGURA 5.1 – MAPA COM OS LOCAIS ONDE FORAM COLETADAS AS AMOSTRAS EM

CEILÂNDIA/DF (INDICADOS COM AS SETAS)............................................................................................ 68

FIGURA 5.2 - VISTA DA EROSÃO ERCE 1..................................................................................................... 68

FIGURA 5.3 - VISTA DA EROSÃO ERCE 2..................................................................................................... 69

FIGURA 5.4 - DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO SOLO COLETADO NA EROSÃO 1 DE

CEILÂNDIA (ERCE 1). ....................................................................................................................................... 70

FIGURA 5.5 - DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO SOLO COLETADO NA EROSÃO 2 DE

CEILÂNDIA (ERCE 2). ....................................................................................................................................... 70

FIGURA 5.6 - VISTA DA EROSÃO DE ANÁPOLIS........................................................................................ 71

xiv

FIGURA 5.7 - DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO SOLO COLETADO NA EROSÃO DE

ANÁPOLIS (ERAN). ........................................................................................................................................... 72

FIGURA 5.8 - COMPARAÇÃO ENTRE AS GRANULOMETRIAS, PELO GRANULÔMETRO SEM

ULTRASOM, DOS SOLOS UTILIZADOS. ....................................................................................................... 72

FIGURA 5.9 - GRANULOMETRIAS DAS ESFERAS DE VIDRO PASSANTES PELOS GEOTÊXTEIS

PARA A DETERMINAÇÃO DA ABERTURA DE FILTRAÇÃO. ................................................................... 76

FIGURA 5.10 – RETÂNGULO CONSIDERADO PARA O ESCOAMENTO COM ÁREA IGUAL A 10.000

m2. ......................................................................................................................................................................... 77

FIGURA 5.11 – ARMAÇÃO METÁLICA E GEOTELA. À ESQUERDA, A ARMAÇÃO DE

TRAVAMENTO................................................................................................................................................... 79

FIGURA 5.12 – DETALHE DE UM BARRAMENTO PARA UTILIZAÇÃO NOS ENSAIOS. ...................... 80

FIGURA 5.13 - SISTEMA DE DESCARGA DA MISTURA NO CANAL. ...................................................... 82

FIGURA 5.14 - LEITURA DA ALTURA DE MATERIAL A MONTANTE DO BARRAMENTO................. 82

FIGURA 5.15 - COLETA DE MATERIAL NA FACE DE MONTANTE PARA ANÁLISE

GRANULOMÉTRICA E SÓLIDOS TOTAIS..................................................................................................... 83

FIGURA 5.16 - EXECUÇÃO DOS ENSAIOS DE SÓLIDOS TOTAIS. ........................................................... 84

FIGURA 5.17 - EQUIPAMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE DO GEOTÊXTIL

(GARDONI, 1995). .............................................................................................................................................. 86

FIGURA 6.1 – ALTURA DA MISTURA NO CANAL DE MONTANTE CASO O BARRAMENTO FOSSE

CEGO.................................................................................................................................................................... 88

FIGURA 6.2 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS SÓ COM ÁGUA NA VAZÃO DE 250 cm3/s. .............. 90

FIGURA 6.3 – ALTURA DA LÂMINA D’ÁGUA NO CANAL NA VAZÃO DE 250 cm3/s........................... 90

FIGURA 6.4 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS SÓ COM ÁGUA NA VAZÃO DE 250 cm3/s......... 90

FIGURA 6.5 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS SÓ COM ÁGUA NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s. ........... 91

FIGURA 6.6 – ALTURA DA LÂMINA D’ÁGUA NO CANAL NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s........................ 91

FIGURA 6.7 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS SÓ COM ÁGUA NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s...... 91

FIGURA 6.8 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250 cm3/s.

.............................................................................................................................................................................. 95

FIGURA 6.9 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250

cm3/s...................................................................................................................................................................... 95

FIGURA 6.10 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250

cm3/s...................................................................................................................................................................... 95

FIGURA 6.11 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250

cm3/s...................................................................................................................................................................... 98

FIGURA 6.12 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL, C/ REUSO, P/ SOLO ERCE 1-

VAZÃO DE 250 cm3/s. ........................................................................................................................................ 98

FIGURA 6.13 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE

250 cm3/s............................................................................................................................................................... 98

FIGURA 6.14 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 102

xv

FIGURA 6.15 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE

1.000 cm3/s.......................................................................................................................................................... 102

FIGURA 6.16 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE

1.000 cm3/s.......................................................................................................................................................... 102

FIGURA 6.17 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 105

FIGURA 6.18 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL, COM REUSO, P/ SOLO ERCE 1-

VAZÃO DE 1.000 cm3/s. ................................................................................................................................... 105

FIGURA 6.19 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ ERCE 1 NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 105

FIGURA 6.20 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 109

FIGURA 6.21 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL P/ SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE

1.000 cm3/s.......................................................................................................................................................... 109

FIGURA 6.22 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE 1000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 109

FIGURA 6.23 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 112

FIGURA 6.24 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL, COM REUSO, P/ O SOLO ERCE 2

NA VAZÃO DE 1.000 cm3/s.............................................................................................................................. 112

FIGURA 6.25 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ ERCE 2 NA VAZÃO DE 1000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 112

FIGURA 6.26 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 116

FIGURA 6.27 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 116

FIGURA 6.28 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 116

FIGURA 6.29 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000

cm3/s.................................................................................................................................................................... 119

FIGURA 6.30 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL, COM REUSO, P/ SOLO ERAN NA

VAZÃO DE 1.000 cm3/s. ................................................................................................................................... 119

FIGURA 6.31 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE

1.000 cm3/s.......................................................................................................................................................... 119

FIGURA 6.32 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL VP-75 PARA SOLO

ERCE 1. .............................................................................................................................................................. 122


ERCE 2. .............................................................................................................................................................. 122


ERAN.................................................................................................................................................................. 123

xvi

FIGURA 6.35 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-15 PARA SOLO

ERCE 1. .............................................................................................................................................................. 124


ERCE 2. .............................................................................................................................................................. 124


ERAN.................................................................................................................................................................. 124


ERCE 1. .............................................................................................................................................................. 125


ERCE 2. .............................................................................................................................................................. 126


ERAN.................................................................................................................................................................. 126


ERCE 1. .............................................................................................................................................................. 127


ERCE 2. .............................................................................................................................................................. 127


ERAN.................................................................................................................................................................. 127

FIGURA 6.44 – COMPARAÇÃO ENTRE O95 X D95. ...................................................................................... 131

FIGURA 6.45 – COMPARAÇÃO ENTRE O90 X D90. ...................................................................................... 131

FIGURA 7.1 - VISTA FRONTAL DA VOÇOROCA COM O SISTEMA DE CONTROLE DE EROSÃO POR

BARRAMENTO................................................................................................................................................. 137

FIGURA 7.2 - ESTÁGIO 01: VISTA LATERAL DAS BARREIRAS PARA ACUMULAÇÃO DOS

SEDIMENTOS GERADOS A MONTANTE. ................................................................................................... 138


SEDIMENTOS GERADOS A MONTANTE. ................................................................................................... 139


SEDIMENTOS GERADOS A MONTANTE COM INCREMENTO DE NOVOS BARRAMENTOS. .......... 140

FIGURA 7.5 - MATERIAIS UTILIZADOS NA IMPLANTAÇÃO DO MODELO EM CAMPO. ................. 143

FIGURA 7.6 - CORTE TRANSVERSAL À EROSÃO PARA A IMPLANTAÇÃO DO MODELO............... 144

FIGURA 7.7 - INSTALAÇÃO DAS HASTES DE MADEIRA........................................................................ 144

FIGURA 7.8 - INSTALAÇÃO DA TELA METÁLICA. ATENTAR PARA A ANCORAGEM NA LATERAL

DA EROSÃO...................................................................................................................................................... 145

FIGURA 7.9 - COLOCAÇÃO DO GEOTÊXTIL.............................................................................................. 145

FIGURA 7.10 – INSTALAÇÃO DO GEOTÊXTIL. ......................................................................................... 146

FIGURA 7.11 - VISTA DE JUSANTE DO BARRAMENTO. ......................................................................... 146

FIGURA 7.12 - VISTA DE MONTANTE APÓS UM EVENTO CHUVOSO COM OS SEDIMENTOS

RETIDOS............................................................................................................................................................ 147

FIGURA 7.13 – FATOR KLS PARA PERDA DE SOLOS X INCLINAÇÃO DO TERRENO (MODIFICADO

– RICHARDSON E MIDDLEBROOKS, 1991). ............................................................................................... 150

xvii

FIGURA 7.14 – DIMENSIONAMENTO DAS FICHAS DE CADA ESTACA. .............................................. 151

FIGURA 7.15 – ANCORAGEM COM TIRANTE OBJETIVANDO-SE DIMINUIR A ESCAVAÇÃO. ....... 152

FIGURA 7.16 – SOLO REFORÇADO COM OS SEDIMENTOS RETIDOS.................................................. 152

FIGURA 7.17 - GRÁFICO OBTIDO PARA O ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO DA AMOSTRA

COLETADA....................................................................................................................................................... 153

FIGURA 7.18 – CASO 01: TALUDE NATURAL: ANÁLISE DE ESTABILIDADE SEM INTERFERÊNCIA

NA EROSÃO...................................................................................................................................................... 155

FIGURA 7.19 – CASO 02: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM NÍVEL D’ÁGUA DE 1 M NA FACE DO

TALUDE. ........................................................................................................................................................... 155

FIGURA 7.20 – CASO 03: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM 1 M DE SOLO SEDIMENTADO.......... 156

FIGURA 7.21 - CASO 04: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM 1 METRO DE SEDIMENTO E NÍVEL

D’ÁGUA 1,0 m ACIMA DO SEDIMENTO...................................................................................................... 156

FIGURA 7.22 - CASO 05: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM 2 METROS DE SOLO SEDIMENTADO.

............................................................................................................................................................................ 157

FIGURA 7.23 - CASO 06: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM 2 METROS DE SEDIMENTO E NÍVEL

D’ÁGUA 1 m ACIMA DO SEDIMENTO......................................................................................................... 157

FIGURA 7.24 - CASO 07: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM 3 METROS DE SOLO SEDIMENTADO.

............................................................................................................................................................................ 158

FIGURA 7.25 - CASO 08: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM 3 METROS DE SEDIMENTO E NÍVEL


FIGURA 7.26 – CASO 09: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM 4 METROS DE SOLO SEDIMENTADO.

............................................................................................................................................................................ 159

FIGURA 7.27 – CASO 10: ANÁLISE DE ESTABILIDADE COM 4 METROS DE SEDIMENTO E NÍVEL



............................................................................................................................................................................ 160




............................................................................................................................................................................ 161


D’ÁGUA 1 METRO ACIMA DO SEDIMENTO.............................................................................................. 161


............................................................................................................................................................................ 162


D’ÁGUA 1,0 METRO ACIMA DO SEDIMENTO........................................................................................... 162

FIGURA 7.34 – FATOR DE SEGURANÇA X ALTURA DO BARRAMENTO. ........................................... 163

FIGURA 7.35 - TALUDE SIMILAR AO QUE SERIA FORMADO QUANDO O SISTEMA ESTIVESSE

TOTALMENTE PREENCHIDO COM SEDIMENTOS. .................................................................................. 164

xviii

FIGURA 7.36 - TALUDE SIMILAR AO QUE SERIA FORMADO QUANDO O SISTEMA ESTIVESSE

TOTALMENTE PREENCHIDO COM SEDIMENTOS E ESCOAMENTO SUPERFICIAL. ........................ 164

FIGURA 7.37 – ELEMENTO DE SOLO TRANSFORMADO. ....................................................................... 165

FIGURA 7.38 - TALUDE QUE SERIA FORMADO QUANDO O SISTEMA ESTIVESSE TOTALMENTE

PREENCHIDO COM SEDIMENTOS............................................................................................................... 166

FIGURA 7.39 - TALUDE QUE SERIA FORMADO QUANDO O SISTEMA ESTIVESSE TOTALMENTE

PREENCHIDO COM SEDIMENTOS E ESCOAMENTO SUPERFICIAL. .................................................... 166

FIGURA 7.40 – TENSÕES NORMAIS NO ELEMENTO RETANGULAR CONSIDERADO. ..................... 168

FIGURA 7.41 – TIPOS DE VERTEDOUROS PARA OS BARRAMENTOS. ................................................ 170

FIGURA 7.42 – DESENHO ESQUEMÁTICO DOS PINOS DE FIXAÇÃO NO GEOTÊXTIL. .................... 171

FIGURA 7.43 – DETALHE DE TAMANHO E ESPAÇAMENTO DOS GRAMPOS DE FIXAÇÃO. .......... 172

FIGURA 7.44 - ESCOLHA DO LOCAL PARA INSTALAÇÃO..................................................................... 172

FIGURA 7.45 - VISTA GERAL DO LOCAL. .................................................................................................. 173

FIGURA 7.46 - LIMPEZA DO LOCAL. ........................................................................................................... 173

FIGURA 7.47 - EXECUÇÃO DOS FUROS COM O TRADO HELICOIDAL. ............................................... 174

FIGURA 7.48 - EXECUÇÃO DOS FUROS COM O TRADO HELICOIDAL. ............................................... 174

FIGURA 7.49 – RETIRADA DO MATERIAL COM O TRADO HELICOIDAL. .......................................... 175

FIGURA 7.50 - FUROS JÁ EXECUTADOS COM O TRADO HELICOIDAL............................................... 175

FIGURA 7.51 - EXECUÇÃO DOS FUROS NA LATERAL COM O TRADO HELICOIDAL. ..................... 176

FIGURA 7.52 – COLOCAÇÃO DAS HASTES DE MADEIRA NOS FUROS. .............................................. 176

FIGURA 7.53 - PREPARAÇÃO DA MISTURA DE SOLO-CIMENTO (1 VOLUME DE CIMENTO PARA 8

VOLUMES DE SOLO). ..................................................................................................................................... 177

FIGURA 7.54 - PREPARAÇÃO DA MISTURA DE SOLO-CIMENTO. ........................................................ 177

FIGURA 7.55 - COLOCAÇÃO DA MISTURA DE SOLO-CIMENTO NO FURO COM A HASTE. ........... 178

FIGURA 7.56 - HASTES DE MADEIRA INSTALADAS. .............................................................................. 178

FIGURA 7.57 - ABERTURA LATERAL PARA O CONTATO DA OBRA COM A LATERAL DA EROSÃO.

............................................................................................................................................................................ 179

FIGURA 7.58 - ABERTURA LATERAL PARA O CONTATO DA OBRA COM A LATERAL DA EROSÃO.

............................................................................................................................................................................ 179

FIGURA 7.59 - INSTALAÇÃO DAS TELAS METÁLICAS........................................................................... 180

FIGURA 7.60 - DETALHE DO 3º BARRAMENTO INSTALADO. ............................................................... 180

FIGURA 7.61 - EXECUÇÃO DO CONTATO DO GEOTÊXTIL COM A LATERAL DA EROSÃO. .......... 181

FIGURA 7.62 - VISTA GERAL DA OBRA EXECUTADA. ........................................................................... 181

xix

LISTA DE SÍMBOLOS, ABREVIAÇÕES E UNIDADES

ABNT......................................................................... Associação Brasileira de normas técnicas

%.............................................................................................................................. Porcentagem

∅.................................................................................................................................... Diâmetro

μ................................................................................................................................... Gramatura

Ψ...........................................................................................................................Permissividade

θ........................................................................................................................ Transmissividade

μm ..............................................................................................................................micrômetro

A............................................................................................................................................Área

AFNOR ........................................................................ Association Française de Normatization

AM ................................................................................................Estado do Amazonas – Brasil

AOS..................................................................................................Aparent Opening Size (O95)

AR ..............................................................................................................Porcentagem de areia

ASTM........................................................................American Society of Testing and Material

C .................................................................Fator que expressa o uso e manejo do solo e cultura

CAESB........................................................................Companhia de águas e esgoto de Brasília

cm............................................................................................................................... Centímetro

cm2.............................................................................................................. Centímetro quadrado

cm3...................................................................................................................Centímetro cúbico

Cu.................................................................................Coeficiente de não-uniformidade do solo

CV ..........................................................................................................................Cavalo Vapor

D10 ............................ Diâmetro da partícula do solo que corresponde a 10%, passante em peso

D100 ......................... Diâmetro da partícula do solo que corresponde a 100%, passante em peso






DAEE/IPT ....... Departamento de águas e energia elétrica/ Instituto de Pesquisas Tecnológicas

DF........................................................................................................................ Distrito Federal

EC........................................................................................................................ Energia cinética

ErAn ..................................................................................................Solo da erosão de Anápolis

xx

ErCe 1.......................................................................................... Solos da erosão de Ceilândia 1

ErCe 2............................................................................................Solo da erosão de Ceilândia 2

F3, f3......................................................................................... Ensaio de filtração da fração fina

FOS..........................................................................................Abertura de filtração do geotêxtil

FS ................................................................................................................... Fator de segurança

g.......................................................................................................................................... grama

g/m2 ....................................................................................................grama por metro quadrado

GO .........................................................................................................Estado de Goiás – Brasil

GR .........................................................................................................................Gradient Ratio

h............................................................................................................................................. hora

H.................................................................................................................................. Horizontal

ha ......................................................................................................................................Hectare

i.................................................................................................................... Gradiente hidráulico

ICH....................................................... Intensidade de chuva no intervalo de tempo considerado

ICH30 ................................................... Máxima intensidade de chuva em 30 minutos de duração

IP ............................................................................................................... Índice de plasticidade

IR-11.............................................................................................................Geotêxtil tipo IR-11

J ............................................................................................................................................Joule

k................................................................................................... Coeficiente de permeabilidade

K................................................................................................................Fator de erodibilidade

km...............................................................................................................................Quilômetro

kn.............................................................................. Coeficiente de permeabilidade do geotêxtil

kp............................................................... Coeficiente de permeabilidade no plano do geotêxtil

kPa............................................................................................................................Quilo Pascal

L ............................................................................................................................. Comprimento

l...............................................................................................................................................litro

log............................................................................................................................... Logarítimo

Ltda.................................................................................................................................Limitada

M ......................................................................................................................................... Mega

m..........................................................................................................................................Metro

m2 ........................................................................................................................Metro quadrado

m3 ............................................................................................................................Metro cúbico

MG ............................................................................................Estado de Minas Gerais – Brasil

xxi

mg.................................................................................................................................miligrama

min................................................................................................................................... Mínimo

ml..................................................................................................................................... mililitro

mm.................................................................................................................................milímetro

N. A. .........................................................................................................................Nível d’água

N.T.....................................................................................................................Nível do Terreno

nGT ...........................................................................................................Porosidade do geotêxtil

O95 ...................................... Tamanho de abertura de filtração obtido pelo peneiramento a seco

OAL ........................................ Porcentagem de óxido de alumínio, extraído por ácido sulfídrico

ºC............................................................................................................................. Grau Celcius

Of .............................................................................................Abertura de filtração do geotêxtil

OM ..........................................................................................Porcentagem de matéria orgânica

OP-15 ..........................................................................................................Geotêxtil tipo OP-15




P.....................................................................................................................................Perímetro

p1.............................................................................................................................. piezômetro 1

p2.............................................................................................................................. piezômetro 2

p3.............................................................................................................................. piezômetro 3

Pc............................................................. Fator que expressa a prática conservacionista do solo

PERM............................................................. Permeabilidade codificada por Wischmeier et al.

pH ............................................................................................................ Potencial de hidrogênio

POA.........................................................................................................................% área aberta

Q......................................................................................................................................... Vazão

R .................................................................................................. Fator de erosividade da Chuva

S........................................................... Fator topográfico que expressa a declividade do terreno

s ..................................................................................................................................... segundos

S.A................................................................................................................ Sociedade Anônima

tGT ............................................................................................................. Espessura do geotêxtil

UnB .......................................................................................................Universidade de Brasília

USLE..............................Universal Soil Loss Equation (Equação Universal de Perdas de Solo)

USP.................................................................................................... Universidade de São Paulo

xxii

V................................................................................................................................. Velocidade

v....................................................................................................................................... Volume

VP-75 ..........................................................................................................Geotêxtil tipo VP-75

VV .................................................................................................................... Volume de vazios

XT-04 ..........................................................................................................Geotêxtil tipo XT-04

XT-06 ..........................................................................................................Geotêxtil tipo XT-06

γ ............................................................................................................................Peso específico

γa ............................................................................................................. Peso específico da água

γf ............................................................................................................. Peso específico da fibra

ρf ..................................................................................................................... Densidade da fibra

GRASTM .........................................................Razão entre gradientes como definido pela ASTM

xxiii

1. INTRODUÇÃO

Com o acelerado crescimento das áreas urbanas, desmatamento desordenado, avanço

das fronteiras agrícolas e a implantação sem os devidos cuidados de obras de infra-estrutura,

sérios e numerosos problemas erosivos vêm ocorrendo no país. Na região central do Brasil a

situação não é muito diferente, requerendo a realização de pesquisas de técnicas alternativas

para soluções de baixo custo e mitigação das áreas degradadas.

Neste trabalho procura-se apresentar considerações sobre os processos erosivos e

formas de tratamento com a utilização dos principais geossintéticos que estão sendo

empregados em diversas localidades do mundo na correção de tais processos. Nacionalmente

já há o surgimento de obras no controle de erosão com a utilização de materiais

geossintéticos.

Dessa forma, os principais objetivos desta Tese são:

a) Apresentar considerações sobre os processos erosivos e formas de controle com a

utilização dos principais geossintéticos utilizados na recuperação de erosões;

b) Entender melhor o mecanismo de retenção de partículas sólidas gerados por

processos erosivos com a execução de ensaios especiais de laboratório em equipamento de

grande porte;

c) Verificar o comportamento do geotêxtil virgem e o seu reuso quando submetido à

retenção de sedimentos;

d) Analisar a granulometria das partículas sólidas passantes pelos geotêxteis quando

submetidos a condições especiais de ensaios;

e) Apresentar técnicas econômicas a fim de se ampliar a utilização dos geotêxteis, por

apresentarem uma série de vantagens quanto ao seu uso; e

f) Proposição de metodologia executiva para barramentos com a utilização de

geossintéticos na recuperação de processos erosivos.

A seguir descreve-se a estrutura organizacional dos 8 Capítulos desta Tese.

No Capítulo 1 faz-se a apresentação do trabalho e seus objetivos.

O Capítulo 2 apresenta a revisão bibliográfica com breve resumo de conceitos do

fenômeno de erosão e os tipos e funções dos geossintéticos mais utilizados na engenharia

geotécnica, dando-se maior ênfase aos geotêxteis.

No Capítulo 3 são apresentados os sistemas usuais de controle de erosão indicados por

1

bibliografias específicas no assunto, além dos principais passos a serem seguidos no

dimensionamento de obras de controle de erosão com geotêxteis, geomantas e geocélulas.

No Capítulo 4, apresenta-se detalhadamente o equipamento desenvolvido para os

ensaios de filtração solo-geotêxtil e um breve comentário do equipamento utilizado para

análise granulométrica do material passante pelos geotêxteis nos ensaios de filtração.

No Capítulo 5 são apresentados os materiais e as metodologias utilizadas para os

principais ensaios executados neste trabalho.

No Capítulo 6 são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios realizados no

simulador hidráulico para análise de geotêxteis como barreiras de sedimentos, bem como os

resultados de permeabilidade dos geotêxteis pós-ensaios, resultados de sólidos totais e os

resultados das análises granulométricas do material passante pelo geotêxtil nos referidos

ensaios.

No Capítulo 7 apresenta-se a proposta para um sistema de controle e recuperação de

processos erosivos, bem como as análises de estabilidade dos taludes da erosão em que se

instalou o sistema proposto de recuperação e a execução o modelo na erosão de Anápolis

(GO) e na erosão da Faber-Castell (MG).

No capítulo 8 são apresentadas as conclusões gerais desta Tese e sugestões para

pesquisas futuras.

2

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 O FENÔMENO DA EROSÃO - CONCEITOS BÁSICOS

O termo erosão tem sido basicamente utilizado para definir o desgaste dos solos e

rochas por ação da água (erosão hídrica), do vento (erosão eólica), do gelo (erosão glacial), da

neve (erosão nival), animais (erosão zoogênica), vegetais (erosão fitogênica) e homem

(erosão antrópica) com desgaste, desagregação, transporte e deposição das partículas.

O mecanismo do processo erosivo é bastante complexo em função de vários fatores

condicionantes que podem acelerar ou retardar esse processo, tais como: geologia;

geomorfologia; clima; atividades antrópicas; vegetação; tipos, usos e manejos dos solos e suas

propriedades físicas e químicas; forma da encosta; entre outros. No Brasil, a erosão hídrica

conta com um fator agravante que é o clima tropical, sendo a chuva, o fator climático de

maior relevância na erosão dos solos.

Segundo Vilar (1987), a erosão consiste num conjunto de processos pelos quais os

materiais de crosta terrestre são desagregados, dissolvidos ou desgastados e transportados de

um ponto a outro pelos agentes erosivos, tais como as geleiras, os rios, os mares, o vento ou a

chuva. O autor relata ainda que, na erosão pela chuva, distinguem-se como agentes erosivos a

gota que se precipita e o escoamento superficial resultante. Nesta tese será dada ênfase a

erosão hídrica.

Quanto à classificação, as erosões hídricas são classificadas em três tipos principais:

erosão superficial; erosão subterrânea e ravinamento. Esta última evolui para voçoroca que,

geralmente, é um estágio avançado da erosão superficial e/ou da erosão subterrânea.

A) EROSÃO SUPERFICIAL

Este tipo de erosão é o resultado do arrancamento e arrastamento de grãos ou torrões

de solo provocado, geralmente, pelo escoamento superficial homogêneo e difuso e/ou pela

concentração do escoamento superficial. No caso de chuvas, o fenômeno ocorre de forma

combinada entre o impacto das gotas da chuva e o escoamento superficial atuante,

desagregando e transportando as partículas de solo. Dependendo da forma como ocorre o

escoamento superficial ao longo da vertente, podem-se reconhecer dois subtipos de erosão:

erosão laminar ou por escoamento laminar e erosão linear mais ligada a geologia local,

podendo surgir um terceiro subtipo que é a erosão em anfiteatro.

3

• Erosão laminar:

A erosão laminar ocorre pela remoção uniforme do solo ao longo da vertente por um

fluxo uniformemente distribuído. Este tipo de erosão depende diretamente da inclinação dessa

vertente - para um mesmo material, é mais intensa para maiores declives.

• Erosão linear:

A erosão linear ocorre pela concentração do fluxo superficial no qual o poder erosivo,

então gerado, provoca a formação de feições lineares como sulcos, ravinas ou voçorocas, à

medida que a erosão se aprofunda no solo.

Segundo Lima (1999), devido ao arraste das partículas mais finas na erosão laminar,

ficam os elementos mais grosseiros formando irregularidades superficiais no solo. Conforme

a autora, as irregularidades superficiais do solo, associadas à declividade do terreno e à

intensidade das precipitações, obrigam o escoamento superficial a se concentrar, com

potência erosiva capaz de provocar pequenas feições lineares, sulcos, no solo, destacando

partículas em seu leito.

• Erosão em anfiteatro:

Este tipo de erosão não passa de uma forma concentrada da erosão linear. Nela ocorre

a formação de feições na forma de anfiteatro. Exemplo deste tipo de erosão é o apresentado

por Lima (1999) para a cidade de Manaus (AM).

B) EROSÃO SUBTERRÂNEA (INTERNA OU “PIPING”)

Este tipo de erosão geralmente ocorre quando o fluxo d’água penetra continuamente e

de modo concentrado na massa de solo, ocasionando o carreamento de partículas, provocando

a formação de vazios e bolsões em seu interior, e geralmente ocasionando desmoronamento.

Alguns autores descrevem o início do fenômeno de “piping” como o instante em que

as forças geradas pelo gradiente hidráulico superam as forças resistivas do solo, tais como:

embricamento e atrito entre as partículas, que interferem no movimento; coesão entre os

grãos, provenientes de atrações físico-químicas; cimentação e aglutinação por raízes.

Geralmente há uma grande relação entre a erosão subterrânea e a voçoroca. É bastante

comum estas ocorrerem simultaneamente, visto que a voçoroca intercepta o nível d’água

ocorrendo um aumento do gradiente hidráulico e das forças de percolação, propiciando assim

a instabilização e o carreamento das partículas de solo, provocando a erosão interna.

Mortari (1994) relata que no Distrito Federal a erosão subterrânea está relacionada ao

fluxo concentrado em aqüíferos porosos. Este fluxo origina aberturas em forma de tubos, que

4

podem vir a sofrer colapsos e originar cavidades na superfície. Nestas erosões as partículas do

solo são retiradas ao longo de todo o trecho do fluxo, tendendo a formar uma abertura

contínua desde a zona de alimentação até a eliminação. Geralmente esta abertura origina-se

no contato solo poroso e substrato mais impermeável, onde o fluxo se desenvolve mais

horizontalmente, acompanhando este contato.

Há de se destacar ainda a presença de um outro fenômeno relativo ao fluxo não

concentrado de água no solo que ocorre principalmente junto a taludes de ravinas e

voçorocas. É o fenômeno da esqueletização. Esse fenômeno corresponde à degradação físico-

química do solo, sendo a física oriunda das forças de percolação e a química da alteração do

solo devido às propriedades do fluido de percolação comprometendo a sua estabilidade. Lima

(2003) estudou este processo de degradação para erosões do Distrito Federal.

C) VOÇOROCAS

Conforme comentado, a voçoroca é um estágio avançado da erosão superficial e/ou da

erosão subterrânea, cujo poder destrutivo local é geralmente superior às outras formas.

Caracteriza-se pela remoção de grandes volumes de solo em curtos períodos de tempo.

O DAEE/IPT (1990) realizou um estudo e estabeleceu dois grandes grupos principais,

de acordo com a forma de deflagração do fenômeno, relacionando a origem do processo de

voçorocamento:

• voçorocas originadas por concentração de águas superficiais; - nesta categoria estão as

voçorocas urbanas, originadas pelo lançamento concentrado de águas servidas e águas

pluviais, e as voçorocas rurais induzidas pelas drenagens de rodovias e ferrovias e pelo

manejo agrícola inadequado; e

• voçorocas causadas por alterações hidrológicas na bacia de drenagem - neste caso a

principal causa de erosão é o desequilíbrio hidrológico gerado pelo desmatamento que,

aliado às condições favoráveis ao ravinamento, provoca alterações nas taxas de infiltração

e no regime de vazões. A conseqüência é o aparecimento de “piping” e erosão remontante

como forma de rejuvenescimento do sistema de drenagem.

2.2 EROSÕES NO DISTRITO FEDERAL

No Distrito Federal a origem de vários problemas de degradação ambiental são

causadas por grandes voçorocas que geram o assoreamento dos cursos d’água e reservatórios.

Costa (1981) cita que uma erosão na cidade satélite do Gama (DF) escavou em 7 anos um

5

volume de solo e rocha alterada de aproximadamente 660.000 m3, significando uma média de

95.000 m3/ ano.

Segundo Camapum de Carvalho et al. (1993), o aparecimento de erosões no Distrito

Federal está relacionado a dois agentes erosivos principais: ação do homem e da água, os

quais geralmente atuam associados, embora em diferentes proporções e condicionados pela

erodibilidade do solo.

Atualmente há vários modelos que tentam traduzir os processos evolutivos das erosões

para as mais diversas localidades.

Costa (1981) realizou estudos sobre as erosões na cidade do Gama (DF) e classificou

dois tipos principais de ocorrência, a erosão laminar e as voçorocas. Com as análises do

processo de evolução das erosões, classificou o desenvolvimento da erosão em quatro fases:

I - na primeira fase ocorre a formação da erosão superficial e em sulcos;

II - na segunda fase há o aprofundamento em seção “V” até atingir a rocha

decomposta;

III - na terceira fase ocorre o desenvolvimento na rocha decomposta com escavações

no sentido horizontal propiciando a formação de uma seção em forma de “U”; e

IV - na quarta fase ao nível de base da rocha sã, com alargamento de base e

surgimento de novas erosões nos flancos.

Mortari (1994) propôs um “Modelo Encaixado” para evolução das erosões no Distrito

Federal como sendo fruto dos condicionantes geológico-geotécnicos e estruturais da região,

principalmente da orientação, mergulho das camadas dos saprólitos e metassedimentos do

domínio geológico local.

Pelo “Modelo Encaixado”, no início do processo erosivo as voçorocas apresentam

geralmente a forma em “V” e evoluem em profundidade, largura e extensão em função dos

condicionantes hídricos e características geotécnicas do solo.

O processo evolui até atingir o substrato rochoso, que na região do Distrito Federal é

constituído em sua maioria de ardósia e metarritimitos que, face à tectônica atuante,

apresentam seus estratos bastante inclinados, com mergulho das camadas da ordem de 40º a

60º;

O fluxo d’água ao atingir esse contato, tende a se “encaixar” e fluir seguindo

aproximadamente a sua orientação e tendendo a se aprofundar, acompanhando o próprio

mergulho das camadas menos resistentes;

À medida que o encaixe se aprofunda, torna-se mais evidenciado, e o material vai

6

ficando mais resistente, tendendo a estabilizar o fundo da erosão, com o desgaste da base

passando a ser considerado um processo de erosão geológica normal. Este tipo de

comportamento dificulta o meandro do canal de fundo, impedindo a erosão lateral com

alargamento da base (forma trapezoidal) até um perfil de equilíbrio com posterior

desenvolvimento de vegetação.

No Distrito Federal, ocorrem erosões tipicamente em forma de “V” e a profundidade

está limitada à existência de saprólitos. Nessas erosões a largura é consideravelmente

pequena, quando comparadas com as da região sul do país.

2.3 MODELOS DE PERDAS DE SOLO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS

Bordas & Semmelmann (1997), relatam que a descarga sólida produzida em uma

bacia através das características físicas da mesma é uma via ainda pouco explorada. Trata-se

de uma metodologia complexa, devido à grande quantidade de variáveis e fatores

intervenientes no processo, da qual é difícil obtenção de resultados satisfatórios. Os estudos

para obtenção de um modelo que retratasse a erosão na bacia hidrográfica iniciaram

praticamente no início do século, mas maiores impulsos ocorreram na década de sessenta e, as

pesquisas culminaram na Equação Universal de Perdas de Solo, conhecida como USLE

(Universal Soil Loss Equation), definida por Wischmeier e Smith em 1978.

Segundo Carvalho (1994), a USLE é a equação mais empregada para cálculo da

erosão em termos médios anuais. Esta equação corresponde ao produto de parâmetros básicos,

considerando diversos fatores condicionantes. Considera ainda que foi estabelecida com base

em dados estudados em mais de 10.000 lotes nos Estados Unidos, com distintas

características de clima, solo, relevo e cultivo, de dimensões reduzidas e, portanto,

submetidos, exclusivamente, a processos de erosão hídrica superficial do tipo laminar. A

equação é dada da seguinte forma:

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

Onde:

A = perda de solo por unidade de área e tempo, as unidades podem ser (t/ha.ano);

R = fator de erosividade da chuva, que expressa a capacidade erosiva da precipitação média

anual da região, em (MJ/ha).(mm/h);

7

K = fator de erodibilidade do solo que representa a capacidade do solo de sofrer erosão por

uma determinada chuva, em (t.h /MJ.mm);

L = fator topográfico que expressa o comprimento do declive;

S = fator topográfico que expressa a declividade do terreno;

C = fator que expressa o uso e manejo do solo e cultura;

Pc = fator que expressa a prática conservacionista do solo.

Segundo Baptista (1997), para estimar cada uma das variáveis da USLE, é necessária

uma quantidade considerável de experimentos de campo, o que praticamente inviabiliza sua

utilização para grandes áreas. O autor considera ainda que, por esta razão, torna-se necessária

a utilização das técnicas de geoprocessamento, como alternativa ferramental para esse tipo de

análise em escala regional.

A USLE é empregada, com bons resultados, para pequenas áreas e uso agrícola,

resultando na quantificação da perda de solo por erosão laminar. Quando são adotadas áreas

grandes, de escala regional, não se pode ignorar que ao longo de uma vertente ocorrem,

simultaneamente, os processos de erosão e de deposição, além de se observar erosão nos

canais fluviais, o que não é previsto na metodologia da USLE e, que constituem uma

limitação dessa equação na quantificação da erosão (Baptista, 1997). Serão comentados com

mais detalhes os fatores de erodibilidade e de erosividade.

A erosividade ou fator R é considerado como índice de erosão pluvial. Expressa a

capacidade da chuva de causar erosão em uma área sem proteção, sendo também conhecido

como “índice de Wischmeier” (Carvalho, 1994).

Analisando a bibliografia disponível sobre erosão, percebe-se que, embora os

pesquisadores concordem com a importância das características físicas das chuvas para se

definir sua erosividade, eles divergem quanto ao cálculo da energia cinética associada, quanto

ao valor da intensidade e quanto à forma de uso da freqüência e duração (Vilar, 1987).

Entende-se por energia cinética a energia que uma gota de chuva adquire em sua

queda ao se desprender de uma nuvem e se precipitar em direção ao solo. Essa energia é,

portanto, função da massa e da velocidade da gota (SEPLAN, 1992).

O índice de erosividade é obtido pela multiplicação da máxima intensidade de chuva,

para duração de 30 minutos, com a energia cinética, conforme a Equação 2.2 que foi proposta

por Wischmeier & Smith (1958) e, está demonstrada abaixo:

8

30CHCIE R = ......................................................................................................................... (2.2)

Onde:

R = índice de erosividade (MJ/ha)(mm/h);

Ec = energia cinética (MJ/ha.mm);

ICH30 = máxima intensidade de chuva em 30 minutos de duração (mm/h).

Segundo Carvalho (1994), a energia cinética pode ser calculada pela Equação 2.3.

CHC 8,877.logI12,142 E += ................................................................................................ (2.3)

Onde:

Ec = energia cinética de precipitação, em (t.m/ha.mm);

ICH = intensidade de chuva do intervalo considerado, em (mm/h).

Segundo Bertoni & Lombardi Neto (1993) citados por Baptista (1997), o fator de

erosividade é o resultado da combinação entre as energias cinéticas das gotas de chuvas,

expressa pela Equação 2.4, onde os parâmetros são os mesmos da equação descrita por

Carvalho(1994), citada acima.

CH0,0873logI 0,119 Ec += .................................................................................................. (2.4)

Onde:

Ec = energia cinética em (MJ/ ha.mm),

ICH = intensidede de chuva em (mm/h).

Segundo Carvalho (1994), o fator R a ser adotado deve ser a média dos vários fatores

R obtidos durante um ano. Relata também que, Wischmeier considerava o fator R como a

média dos valores de erosividade para um período de 22 anos. Os valores de R variam de

fraco a muito forte, conforme a escala abaixo, para unidades de (t.m/ha)(mm/h):

R < 250 – erosividade fraca;

250 < R < 500 – erosividade moderada;

500 < R < 750 – erosividade moderada à forte;

9

750 < R < 1000 – erosividade forte;

R > 1000 – erosividade muito forte.

Já a erodibilidade é um dos parâmetros que leva em conta as características do solo.

Este parâmetro determina a maior ou menor susceptibilidade do solo a erosão. Segundo

Santos (1997), Vilar & Prandi (1993) definem a erodibilidade de um solo como a sua aptidão

para resistir aos esforços provenientes dos processos erosivos.

Segundo Carvalho (1994), a determinação da erodibilidade pode ser feita

experimentalmente, desde que se possa recolher o material erodido em tanques coletores de

enxurrada e proveniente de uma área isolada conhecida, usando declive de 9% e comprimento

de rampa de 25 m, sendo as áreas preparadas no sentido do declive e sem cobertura vegetal,

consideradas como uma “parcela unitária”. O autor considera ainda que, quando estas

condições são encontradas, os valores de L, S, PC e C são iguais a um. O valor de A pode ser

determinado pela obtenção do material erodido e coletado nos tanques. O seu valor é igual à

perda de solo A, por unidade de erosividade, EcICH30.

Segundo Baptista (1997), Denardin (1990) compilou os valores de erodibilidade

medidos em mais de trinta diferentes localidades em vários estados brasileiros e, utilizando

métodos de regressão, em 31 tipos de solo, determinou a Equação 2.5, abaixo descrita:

)(1078,3)(1016,1)(1034,8)(106,08 K 433-3 AROALOMPERM ×−×−×+×= −− .............. (2.5)

Onde:

PERM = permeabilidade codificada por Wischmeier et al. (1971);

OM = porcentagem de matéria orgânica;

OAL = porcentagem de óxido de alumínio, extraído por ácido sulfúrico;

AR = porcentagem de areia.

O método de Wischmeier, Figura 2.1, é um dos mais utilizados, por ser de fácil e

rápida obtenção do parâmetro K. Este método baseia-se em um nomograma que requer

algumas características do solo como: porcentagens granulométricas dos solos, teor de

matéria orgânica, estrutura e permeabilidade do solo e, resulta em um valor de K.

10

Figura 2.1- Nomograma de Wischmeier para obtenção do fator K, fator de erodibilidade do

solo (Carvalho, 1994).

Segundo Carvalho (1994), os valores de K variam de fraco a elevado, seguindo a

classificação a seguir:

K < 0,15 – erodibilidade fraca;

0,15 < K < 0,30 – erodibilidade média;

K > 0,30 – erodibilidade elevada.

Segundo Vilar (1987), muito resta a esclarecer sobre a resistência do solo à erosão,

porém, qualitativamente, sabe-se que os solos de comportamento granular, com partículas

pequenas, da ordem de siltes e areias finas, apresentam grande susceptibilidade à erosão.

Afirma também que, a erodibilidade dos solos tende a decrescer à medida que aumenta a

possibilidade de agregação de partículas e a estabilidade das mesmas. Conclui então que, os

solos coesivos devem apresentar uma maior resistência à erosão por solicitações externas

devido ao escoamento e às gotas de chuva.

Richardson and Middlebrooks (1991) citados por Holtz et al. (1997) apresentam um

método simplificado para determinação de K, L e S em função do tipo de solo e da

declividade do terreno, que pode ser obtido da Figura 2.2 mostrada a seguir:

11

Inclinação do terreno x Fator KLS

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 5 10 15 20 25 30Inclinação do terreno (%)

KLS

Silte

Argila Siltosa

Argila

Areia

Figura 2.2 – Fator KLS para perda de solos x inclinação do terreno (modificado – Richardson

e Middlebrooks, 1991).

2.4 GEOSSINTÉTICOS: TIPOS E FUNÇÕES

Entende-se por geossintético o material sintético, oriundo da indústria petroquímica,

ou natural utilizado como inclusão em obras geotécnicas com variadas finalidades (Palmeira,

1992).

A ASTM D 4439 (1994) definiu geossintético como sendo um produto planar, oriundo

de materiais poliméricos e usado em combinação com solos, rochas, ou outros materiais

relacionados com engenharia geotécnica como parte integrante de projetos, estruturas ou

sistemas.

Esses produtos vêm experimentando uma crescente verticalização em uso pelas

restrições e controles mais rígidos impostos pelos órgãos ambientais, devido à sua

disponibilidade, menor custo, redução de prazos e facilidades construtivas associados ao

emprego desses materiais, entre outros fatores que estão a eles associados.

Os principais tipos de geossintéticos são:

• Geotêxteis: são materiais permeáveis constituídos por fibras de polímeros dispostos e

fabricados em arranjos tecidos e não tecidos;

• Geogrelhas: são estruturas planares, na forma de grelhas, com grandes aberturas ou

vazios, geralmente utilizadas como reforço de solo em obras geotécnicas. Atualmente a

12

técnica de reforço de solos com geogrelhas se constitui em excelente solução técnica e

econômica para aterros sobre solos moles, muros, reforços de revestimentos de taludes e

outras aplicações, sendo muitas dessas no controle de erosões;

• Georedes: são estruturas planas em forma de grelha, constituídas de forma a apresentarem

grande volume de vazios, utilizadas predominantemente como elemento drenante;

• Geomembranas: são membranas de borracha ou material plástico, impermeáveis e de

pequena espessura, empregadas principalmente no revestimento de canais, reservatórios e

aterros sanitários;

• Geocompostos: são combinações de dois ou mais materiais, sintéticos ou não;

• Geocélulas: sistema de confinamento celular, tridimensional e flexível. Trabalham através

de uma série células tridimensionais contíguas. Quando expandidas de sua posição inicial,

as células tomam a forma de uma grande colméia. Essas células geralmente são

preenchidas por solo, materiais granulares, solo-cimento e concreto, dependendo da

aplicação.

As geocélulas são geralmente empregadas para suporte de carga (estabilização de base

de pavimentos rodoviários, melhoria de sub-bases de pátios intermodais, pavimentados ou

não, melhoria do lastro ferroviário), estruturas de contenção de solo (muros de arrimo de

gravidade, muros de arrimo compostos com ancoragens), revestimentos de canais

(revestimento com preenchimento granular, com vegetação ou com concreto), controle de

erosão em taludes (taludes com vegetação, sem vegetação, revestidos com concreto), entre

outras aplicações. No processo de vegetação vem sendo utilizadas as geocélulas elaboradas

com filtros naturais. A sua função é conter o solo na fase de enraizamento. Após esta fase ela

perde a finalidade e é biodegradada, daí a sua vantagem neste tipo de problema.

Atualmente já existe no mercado o confinamento celular com células grandes que

envolvem e protegem a zona de enraizamento vegetal, arbustos e pequenas árvores que

podem ser facilmente plantadas dentro dessas células.

• Geodrenos: são tubos ou tiras plásticas ranhuradas envolvidas por material filtrante,

geralmente geotêxtil não tecido, utilizados como drenos verticais sob aterros ou como

elementos drenantes em taludes e no paramento interno de estruturas de contenção.

Além desses citados, existe uma grande variedade de geossintéticos disponível no

mercado para as mais diversas aplicações em obras de engenharia.

Diversos autores atribuem as seguintes funções principais para os geossintéticos:

• Filtração: retenção de solos e outras partículas, permitindo a passagem do fluido;

13

• Drenagem: coleta e condução do fluido pelo corpo do geossintético;

• Separação: visa impedir a mistura de dois ou mais materiais adjacentes;

• Reforço: visa reforçar a massa de solo aumentando-lhe a resistência mecânica e

diminuindo a sua compressibilidade;

• Barreira: visa impedir a passagem do fluxo de um líquido ou gás de um lugar para outro; e

• Proteção: visa proteger ou limitar danos a estruturas geotécnicas.

Em Geotecnia, os geossintéticos podem ser aplicados em: reforço e estabilização de

solos, drenagem e filtração, proteção de taludes contra erosão, armadura para faceamento de

estruturas de contenção em concreto projetado, obras costeiras, controle de movimentação de

dunas de areia, impermeabilização, separação de materiais, entre outras aplicações. A Tabela

2.1 apresenta um resumo dos principais tipos de geossintéticos e suas funções.

Tabela 2.1 - Tipos de Geossintéticos e principais funções (modificado - Koerner, 1994).

Possível Função Geossintético Separação Reforço Filtração Drenagem Barreira

impermeável Geotêxtil 1 ou 2 1 ou 2 1 ou 2 1 ou 2 1* ou 2* Geogrelha 2 1 NA NA NA Georrede 2 NA NA 1 NA Geomembrana 2 NA NA NA 1 Geocomposto 1 ou 2 1 ou 2 1 ou 2 1 ou 2 1 ou 2 *Quando impregnado com asfalto

Legenda: 1 - função principal; 2 - função secundária; NA - não aplicável.

As Figuras 2.3 a 2.10 apresentam os principais tipos de geossintéticos e suas

aplicações.

14

Figura 2.3 - Geotêxtil não tecido e aplicação em drenagem.

Figura 2.4 - Geotêxtil aplicado em pavimentação asfáltica.

Figura 2.5 - Geogrelha e aplicação em reforço de solos.

Figura 2.6 - Geomembrana aplicada em disposição de resíduos.

15

Figura 2.7 - Geocélula aplicada na proteção de talude contra erosão.

Figura 2.8 - Geodreno aplicado em adensamento e consolidação de solo mole.

Figura 2.9 - Geomanta e seu princípio de funcionamento.

16

Figura 2.10 - Geomanta aplicada no controle de erosão.

2.5 GEOTÊXTIL EM FILTRAÇÃO E DRENAGEM

Devido à importância que os geotêxteis desempenham como elemento de filtração e

drenagem é necessário que se conheçam algumas propriedades físicas e hidráulicas deste tipo

de geossintético. A seguir descrevem-se as principais propriedades dos geotêxteis.

2.5.1 PROPRIEDADES FÍSICAS

O objetivo principal do conhecimento das propriedades físicas dos geotêxteis é a

caracterização e o controle de qualidade do produto, e as principais propriedades físicas são:

gramatura, espessura e porosidade.

• Gramatura (μ)

É definida como sendo massa por unidade de área, sendo expressa em gramas por

metro quadrado. Ela é um dos parâmetros mais usados para a identificação dos geotêxteis.

• Espessura (tGT)

É definida como sendo a distância entre duas superfícies rígidas e paralelas, expressa

em milímetros, que comprimem a amostra de geotêxtil sob certos níveis de cargas pré-

estabelecidos. Estes níveis são, geralmente:

- para espessura nominal: sobrecarga de 2 kPa;

- para condições próximas às de campo: sobrecarga acima de 2 kPa.

• Porosidade (nGT)

É definida como sendo a relação entre o volume de vazios e o volume total da amostra

17

de geotêxtil, expressa em %, constituindo-se numa característica bastante importante,

podendo ser obtida pela expressão abaixo:

100 x x x t

- 1 = - 1 = VV

afGTf

v ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

γρμ

γγ

GTn (%)................................................................. (2.6)

Onde: Vv = volume de vazios;

V = volume total do geotêxtil;

tGT = espessura do geotêxtil;

μ = gramatura do geotêxtil;

γ = peso específico total do geotêxtil;

γf = peso específica da fibra (densidade da fibra multiplicada pelo peso específico

da água);

γw = peso específico da água a 4ºC;

ρf = densidade da fibra.

2.5.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS

As propriedades mecânicas dos geotêxteis servem para caracterizá-lo, controlar sua

qualidade, fornecer parâmetros para projetos e para o conhecimento de seu comportamento

em determinadas condições de solicitação.

As principais propriedades mecânicas do geotêxtil são: compressibilidade, resistência

à propagação do rasgo, resistência à perfuração, flexibilidade e resistência à tração. Em

filtração e drenagem a compressibilidade é uma propriedade bastante importante.

Define-se compressibilidade de um geotêxtil a variação de sua espessura quando

carregado. Essa compressibilidade faz com que a permeabilidade dos geotêxteis seja em

função da tensão normal a que eles estão submetidos (Vidal, 1990).

2.5.3 PROPRIEDADES HIDRÁULICAS

As propriedades hidráulicas dos geotêxteis estão diretamente ligadas à sua utilização

nas funções de filtração, drenagem e separação. Para isso, é necessário que se conheçam a

permeabilidade normal à manta, permeabilidade ao longo do plano da manta e porometria.

• Permissividade (ψ)

Geralmente quando o geotêxtil desempenha a função de dreno é necessário se

18

conhecer a permeabilidade normal ao seu plano (Figura 2.11). A permissividade é definida

pela expressão abaixo, expressa em s-1.

ψ κ = t

n

GT

...............................................................................................................................(2.7)

Onde: κn = coeficiente de permeabilidade normal ao plano do geotêxtil;


O ensaio para a determinação da permissividade é normalizado pela ASTM (D 4491-85).

• Transmissividade ou Transmissibilidade (θ)

A transmissibilidade exprime a capacidade que o geotêxtil possui de conduzir fluido

no seu próprio plano, expressa em cm2/s (Figura 2.11). É aplicada quando há interesse na

consideração de drenagem pelo geotêxtil, sendo dada pela relação seguinte:

θ = k . tp GT ..........................................................................................................................(2.8)

Onde: kp = coeficiente de permeabilidade no plano do geotêxtil;

tGT = espessura do geotêxtil.

PERMISSIVIDADE

tGT geotêxtil

TRANSMISSIVIDADE

tGT

L

Qp

Qt

Figura 2.11 - Parâmetros hidráulicos (modificado - Gardoni, 1995).

Nesta pesquisa, conforme será mostrado no Capítulo 5, o geotêxtil foi utilizado na

posição vertical com o fluxo ocorrendo na horizontal conforme mostra a Figura 2.12 a seguir.

19

Esta figura mostra que, nessa condição, o fluxo passante pelo geotêxtil é composto de duas

parcelas, uma correspondente à permissividade (Qp) e outra à transmissividade (Qt).

PERMISSIVIDADE TRANSMISSIBILIDADE

tGT tGT

Q Q Q t

Q p+ Q t Q p+ Q t

h h J

h J

x

h M

h M

Figura 2.12 - Parâmetros hidráulicos para os ensaios utilizados nesta pesquisa.

Nessa situação há de se considerar a dificuldade em se determinar no mesmo ensaio o

valor da permissividade e o da transmissividade. A seguir, apresenta-se como seria o cálculo

da permissividade e da transmissividade, caso conhecêssemos o valor da vazão

correspondente a cada parcela.

A) CÁLCULO DA PERMISSIVIDADE

01) ll ......... hdd

hiAiAVQx

hnnnp κκκ ==== 02)

x

hn

p

dd

hkQ

..=l

03) ∫ ∫=GT e

s

t h

hhnx

p dhkdQ

0

...l

04) [ ]M

J

GT

h

hn

tp hkxQ

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

2..

2

0l

05) [ 22.2

. JMn

GTp hh

kt

Q−=

l]

)

( 22...2

JM

GTpn hh

tQk

−==l

ψ .............................................................................................................(2.9)

B) CÁLCULO DA TRANSMISSIVIDADE

20

01) 02) *.AVQt = *.. AikQ pt =

03) LthhkQ GTpt ...= 04) LtkQ GTpt ..=

LQt=θ ...............................................................................................................................(2.10)

Onde: Qp = vazão correspondente à permissividade;

Qt = vazão correspondente à transmissividade;

V = velocidade do fluxo pelo geotêxtil;

A = área molhada do geotêxtil;

A* = área transversal do geotêxtil;

kn = coeficiente de permeabilidade normal ao plano do geotêxtil;

i = gradiente hidráulico;

hM = altura da mistura a montante;

hJ = altura da mistura a jusante;

= largura do canal; l

Ψ = permissividade;

L = comprimento pelo qual o fluxo correspondente a transmissividade percorre;

kp = coeficiente de permeabilidade no plano do geotêxtil;


θ = transmissividade.

• Abertura de Filtração

É definida como sendo o diâmetro da maior partícula que passa pelo geotêxtil nas

condições específicas de ensaio.

Para a determinação desta propriedade não há uma metodologia aceita

internacionalmente, entretanto as mais usadas são as padronizadas pela ASTM D 4751

(“Apparent Opening Size” - AOS), e pela ISO, que correspondem a abertura para a qual 95%

dos grãos que passam pelo geotêxtil são menores do que tal diâmetro (O95).

2.6 CRITÉRIOS DE FILTRO PARA GEOTÊXTEIS

O dimensionamento de um filtro de geotêxtil exige que certos critérios sejam

atendidos para se ter um desempenho satisfatório. Tais critérios basicamente comparam

tamanhos característicos de grãos de solo (diâmetros correspondentes à determinada

21

percentagem passando em ensaios granulométricos) com a abertura de filtração do geotêxtil.

Autores como Christopher et al. (1993) e Akagi (1994), citados por Matheus (1997),

apresentam 3 critérios para o desempenho de filtros de geotêxteis, tais critérios são: Critério

de Retenção, Critério de Permeabilidade e Critério de Colmatação. Entretanto, alguns autores

limitam-se apenas aos Critérios de Retenção e de Permeabilidade, por serem considerados os

mais importantes.

O Critério de Retenção estabelece as condições para que o filtro retenha partículas o

suficiente para que mantenha o solo protegido e estável internamente, permitindo a migração

de algumas partículas para o geotêxtil ou através dele.

O Critério de Permeabilidade estabelece basicamente que o geotêxtil deve possuir

uma adequada capacidade de fluxo e uma permeabilidade suficientemente alta a fim de evitar

inesperados acréscimos de poro-pressão no dreno/filtro.

O Critério de Colmatação é considerado por alguns autores como o mais

problemático dos critérios. Os principais mecanismos de colmatação em geotêxtil são:

cegamento - quando ocorre a formação de uma fina camada de solo sobre o geotêxtil, e

apenas uma pequena parcela de solo migra para o seu interior; bloqueamento - ocorrendo

quando há uma obstrução das aberturas do geotêxtil pelas partículas de solo retidas sobre este

ou em seu interior.

A seguir apresentam-se alguns critérios de filtros para geotêxteis.

• Federal Highway Administration FHWA - (Holtz et al, 1997)

Tabela 2.2 - Resumo de critérios para seleção de geotêxteis (modificado - Holtz et al., 1997). I. Critério de Retenção (Resistência a piping)1

Solos Fluxo permanente Fluxo dinâmico e cíclico (se o geotêxtil pode mover-se)

< 50% passando2 0,075 mm AOS ou O95 ≤ B D85

Cu ≤ 2 ou ≥ 8: B = 1 2 < Cu ≤ 4: B = 0,5 Cu4 < Cu < 8: B = 8/ Cu

O95 ≤ 0,5 D85

≥ 50% passando 0,075 mm Tecido: O95 ≤ D85

Não tecido: O95 ≤ 1,8 D85

O95 ≤ 0,5 D85

Para solos coesivos (IP > 7) O95 (geotêxtil) ≤ 0,3 mm II. Critério de Permeabilidade/ Permissividade3

A) Aplicações Críticas e Severas kgeotêxtil ≥ 10 ksolo B) Aplicações Pouco Críticas e Pouco Severas (com areia média a grossa e cascalho) kgeotêxtil ≥ ksolo

22

C) Permissividade Requerida ψ ≥ 0,7 s-1 para < 15% passando 0,075 mm;

ψ ≥ 0,2 s-1 para 15 a 50% passando 0,075 mm;

ψ ≥ 0,1 s-1 para > 50% passando 0,075 mm.

Tabela 2.2 (continuação) - Resumo de critérios para seleção de geotêxteis (modificado - Holtz et al., 1997). III. Critério de Colmatação4

A) Aplicações Críticas e Severas

Selecionar o geotêxtil encontrado I, II, IIIB e executar o ensaio de filtração solo/geotêxtil antes a especificação,

pré-qualificação do geotêxtil, ou depois de selecionado, antes da solução apresentada. Alternativa: usar lista

aprovada de especificação para aplicação de filtração. Método de ensaio sugerido: Gradient Ratio, ASTM D

5101 para solos pouco coesivos ou Hydraulic Conductivity Ratio, ASTM D 5567 para solos coesivos.

B) Aplicações pouco Críticas e pouco Severas

1. Desempenho do ensaio de filtração solo/geotêxtil;

2. Alternativa: O95 ≥ 3 D15 para Cu > 3;

3. Para Cu ≤ 3, especificar o geotêxtil com o tamanho de abertura máxima possível para o critério de retenção;

4. Para solo com % passando 0,075 mm. > 5% < 5%

• geotêxtil monofilamento tecido, POA ≥ 4% ≥10%

• geotêxtil não tecido, porosidade.5 ≥ 50% ≥ 70%

Notas:

1. Quando o solo protegido contém partículas que passam na peneira 0,075 mm, usar somente

a fração de solo passante na peneira 4,75 mm para escolha do geotêxtil;

2. Selecionar o geotêxtil com base no valor da maior abertura nominal requerida;

3. A permeabilidade deve ser baseada na atual área abertura do geotêxtil avaliada para o

fluxo. Por exemplo, se 50% da área do geotêxtil deve ser recoberta por blocos de concreto, a

área de fluxo efetiva é reduzida em 50 %;

4. Os ensaios de filtração são ensaios para verificação do desempenho do geotêxtil, e eles

dependem do solo específico e das condições de projeto;

5. Os requisitos de porosidade são baseados na porosidade de filtros granulares graduados.

Obs.: Além dos critérios citados na Tabela 2.2, Holtz et al. (1997) citam algumas

23

características de sobrevivência dos geotêxteis que devem ser observadas na fase de

instalação, construção e durante a vida útil da obra, tais como: resistência ao arrancamento,

deformação, resistência de costuras, resistência à penetração, resistência ao impacto,

resistência ao rasgamento e degradação por raios ultravioleta.

• Comitê Francês de Geotêxteis e Geomembranas - CFGG (modificado - Matheus, 1997)

Tabela 2.3 - Resumo de critérios para seleção de geotêxteis (modificado - Matheus, 1997). I. Critério de Retenção FOS < C1 x C2 x C3 x C4 x D85

Onde: FOS = abertura de filtração do geotêxtil; C1, C2, C3, e C4 = coeficientes relativos ao gradiente hidráulico, à densidade do solo, à granulometria do solo e às funções do geotêxtil, respectivamente; D85 = diâmetro da partícula de solo que corresponde a 85%, passando em peso.

A) Coeficientes adimensionais para o Critério de Retenção

Coeficientes Aplicação C1 = 1,00 C1 = 0,80

Solos bem graduados e contínuos Solos uniformes e contínuos

C2 = 1,25 C2 = 0,80

Solos densos e confinados Solos fofos e descontínuos

C3 = 1,00 C3 = 1,00 C3 = 0,60

Gradiente hidráulico i < 5 Gradiente hidráulico 5 < i < 20 Gradiente hidráulico 20 < i < 40

C4 = 1,00 C4 = 0.30

Uso somente para filtração Uso para filtração e drenagem

II. Critério de Permeabilidade kg > A x ks Onde: kg = permeabilidade do geotêxtil, em m/s; A = coeficiente admensional para permeabilidade; ks = coeficiente de permeabilidade do solo, em m/s.

A) Valores do coeficiente A

Coeficiente A Aplicação

103 tGT Gradientes baixos e solos limpos

104 tGT Gradientes baixos e solos de permeabilidade baixa

105 tGT Gradientes elevados e obras de grande responsabilidade Obs.: tGT = espessura do geotêxtil em metros

24

III. Critério de Colmatação Of ≥ 4 D15

• Outros Critérios

Tabela 2.4 - Outros Critérios de filtro (modificado - Shi, 1993; Matheus, 1997).

I. Critério de Retenção

Calhoun, 1972 O95/d85 ≤ 1

O95 ≤ 0,2 mm

Geotêxteis tecidos (solos com ≤ 50 % passando na peneira 200)

Geotêxteis tecidos (solos coesivos)

Ogink, 1975 O90/D90 ≤ 1

O90/D90 ≤ 1,8

Geotêxteis tecidos

Geotêxteis não tecidos

Millar, 1980 O50/D85 ≤ 1 Geotêxteis tecidos e não tecidos

Rankilor, 1981

O50/D85 ≤ 1

O15/D15 ≤ 1

Geotêxteis não tecidos (solos c/ 0,02 ≤ d85 ≤ 0,25 mm)

Geotêxteis não tecidos (solos c/ d85 ≥ 0,25 mm)

Carrol, 1983 O95/D85 ≤ 1 Geotêxteis tecidos e não tecidos

Faure et al., 1986

FOS/D85 < 1,0 - 1,2

FOS/D85 < 1,5 - 2,0

Condições críticas

Condições menos críticas

Bhatia, 1990 FOS/D85 ≤ 3,0 Baseado no ensaio de filtração de longa duração para solos de

graduação aberta

II. Critério de Permeabilidade

Calhoun (1972),

Haliburton et al.

(1982), Carrol

(1983), Christopher

& Holtz (1985)

kgeotêxtil ≥ ksolo

Fluxo contínuo, aplicações não críticas e condições não severas

de solos

Carrol, 1982 kgeotêxtil ≥ 10 ksolo Aplicações críticas e severas condições de solo e hidráulicas

CFEM, 1982 kgeotêxtil > ksolo Para a retenção de um meio limpo (areias grossas)

Giroud, 1982 kgeotêxtil > 0,1 ksolo Sem fator de segurança

Koerner, 1990 Ψperm. > FS x Ψreq. FS baseado nas condições de aplicação e nas condições do solo

III. Critério de Colmatação

25

Calhoun (1972),

Haliburton et al

(1982), Giroud

(1982), Carroll

(1983), Koerner

(1990).

Para condições

críticas e aplicações

severas

Execução de ensaios de desempenho de filtração solo-geotêxtil

Tabela 2.4 (continuação) - Outros Critérios de filtro (modificado - Shi, 1993; Matheus, 1997).

III. Critério de Colmatação (Para condições menos críticas e menos severas)

• Recomenda-se execução de ensaios de desempenho de filtração solo-geotêxtil

• Geotêxteis com tamanhos mínimos de poros e para solos contendo finos, principalmente os de uma matriz

descontínua:

- Christopher & Holtz, 1985 O95 ≥ 3 D15 para Cu ≥ 3 - Fisher et al. (1990); Christopher et al. (1990) O15/D15 ≥ 0,8 a 1,2

O50/D50 ≥ 0,2 a 1,0 • Para Cu ≤ 3: deve-se especificar geotêxteis com tamanhos máximos de aberturas baseados no critério de

retenção.

• Para abertura de área aparente:

- Calhoun (1972); Koerner (1990) Geotêxteis tecidos: % de área ≥ 4 - Koerner (1990) Geotêxteis não tecidos: ≥ 30% a 40%

2.6.1 ENSAIOS LABORATORIAIS PARA FILTRAÇÃO SOLO-GEOTÊXTIL

Para o funcionamento de um filtro geotêxtil, deve-se estabelecer um padrão de

comportamento para as partículas de solo retidas à montante. Para isso o geotêxtil deverá

apresentar um comportamento que satisfaça dois requisitos básicos, ou seja: deverá ter

aberturas pequenas o suficiente para prevenir excessiva migração de partículas de solo,

entretanto, essas aberturas devem ser grandes o suficiente para permitir um adequado fluxo de

líquido.

Há vários ensaios de laboratório direcionados a verificar o comportamento das

propriedades hidráulicas do sistema solo-geotêxtil-água, e para isso foram desenvolvidos

diferentes tipos de equipamentos e estudos para a análise desse sistema.

Gardoni (1995), cita que Calhoun, em 1972, desenvolveu um ensaio de longa duração

para verificar o desempenho do geotêxtil baseado na razão entre gradientes (Gradient Ratio

Test). Haliburton & Wood (1982), Scott (1982), J. D. Scott (1982), Christopher & Holtz

(1985), Faure et al. (1986) e Fannin et al. (1994) modificaram o equipamento proposto por

Calhoun e/ou propuseram novos equipamentos no sentido de obterem melhores

conhecimentos sobre o uso do Gradient Ratio test “GR” para a avaliação do critério de

colmatação do geotêxtil.

26

Hoover (1982), Legge (1990) e Sansone & Koerner (1992) desenvolveram trabalhos

para avaliar o desempenho do filtro geotêxtil, e esses trabalhos deram a origem do Ensaio de

Filtração da Fração Fina do solo de montante. Sansone & Koerner (1992) apresentaram o

conceito e detalhe do método de ensaio para cinco diferentes geotêxteis, os quais foram

avaliados usando três diferentes tipos de solo.

2.6.1.1 ENSAIO DE RAZÃO ENTRE GRADIENTES (“GRADIENT RATIO TEST”

GR) - CALHOUN (1972)

Este ensaio foi desenvolvido por Calhoun, em 1972, no U. S. Corps of Engineers para

ensaios de longa duração. O equipamento é dotado de um permeâmetro de carga constante,

com oito piezômetros, que fornecem uma medida direta do potencial de colmatação do filtro

geotêxtil (Gardoni, 1995).

Neste ensaio, toma-se uma amostra cilíndrica com 100 mm de diâmetro e 100 mm de

altura, e essa amostra é acondicionada sobre o filtro geotêxtil, que se encontra apoiado sobre

uma tela. Esse sistema é submetido a um fluxo d’água, e as medidas de cargas hidráulicas ao

longo do tempo nos piezômetros fornecem valores que permitem o cálculo do “Gradient

Ratio (GR)”. O valor do GR é obtido dividindo-se o gradiente hidráulico da porção inferior

do sistema solo-geotêxtil (25 mm inferiores) pelo gradiente hidráulico na amostra de solo

localizada no trecho entre 25 mm e 75 mm acima do nível do geotêxtil. Posteriormente, este

ensaio foi publicado como método de ensaio da ASTM, em 1990 (ASTM D 5101-90). Na

Figura 2.13 é mostrado o desenho esquemático do equipamento.

27

Figura 2.13 - Permeâmetro de Calhoun - “Gradient Ratio Test” (modificado - Gardoni, 1995)

Com os ensaios realizados, Calhoun concluiu que, para valores de GR > 3 estaria

ocorrendo colmatação do filtro geotêxtil, e que este valor, segundo Calhoun, caracterizaria a

colmatação do geotêxtil.

Scott (1982), citado por Gardoni (1995), faz uma crítica a esse método, isso porque,

segundo ele, o tamanho da amostra utilizada neste método, 100 mm de altura por 100 mm de

diâmetro, não permite uma avaliação da influência da extremidade do sistema no resultado do

ensaio. Essa crítica leva em consideração o desempenho do filtro, que é determinado pelo

valor de GR (razão entre gradientes do sistema solo-geotêxtil a 25 mm da base do filtro, e o

gradiente hidráulico do solo entre 25 e 75 mm acima do filtro), e que nesse caso, poderia estar

sofrendo a influência do “piping” do solo, significando que tal valor não serviria para avaliar

a troca de permeabilidade da estrutura do solo original.

Esta crítica conduz à importância da atenção que deve ser dada à interpretação dos

resultados do ensaio, visto que os valores altos de “GR” nem sempre indicam que o geotêxtil

esteja realmente colmatado, devendo ser feita uma avaliação do geotêxtil para as devidas

conclusões, uma vez que o problema pode estar na matriz do solo e não no geotêxtil

propriamente dito (Matheus, 1997).

28

2.6.1.2 ENSAIO DE FILTRAÇÃO DA FRAÇÃO FINA (f3)

Embora o equilíbrio entre filtração, drenagem e retenção de sedimentos possam ser

razoavelmente atingidos para solos sob determinadas condições hidráulicas, isso não é tão

simples quando o fluxo do líquido é túrbido, ou seja, contém grande quantidade de partículas

em suspensão, e/ou sujeito a gradientes hidráulicos elevados, como acontece nos processos

erosivos. Para isso, há o ensaio de filtração da fração fina (Figura 2.14).

Este ensaio (f3) originou-se de um trabalho realizado por Hoover (1982). Seu estudo

visou à avaliação de diferentes frações de solos de montante sob condições mínimas de

instalações. Esse trabalho foi mais tarde estendido por Legge (1990), que formalizou os

procedimentos do ensaio usando o geotêxtil na posição vertical, enquanto que o fluxo ocorria

na horizontal. Os solos em estudo eram fracionados entre D85, D50 e D15 e acrescido numa

coluna de fluxo na forma de uma mistura solo/ água. Da análise de dados subseqüentes,

Legge formulou o valor da capacidade de fluxo na interface, o qual indicava uma perda de

solo, colmatação excessiva ou equilíbrio (Sansone & Koerner, 1992).

Posteriormente, Sansone & Koerner (1992) descreveram o conceito e o método deste

ensaio com o geotêxtil na horizontal e o fluxo movendo-se verticalmente, perpendicular ao

geotêxtil, pois se verificou que desta maneira os resultados obtidos eram mais satisfatórios.

Esses autores apresentaram resultados de cinco geotêxteis diferentes que foram avaliados,

utilizando-se três tipos de solo (Shi, 1993).

piezômetro de alimentação de águamontante

tubo plástico trasparente (75 mm)

piezômetro dejusante

água e solo de montante

geotêxtil

água para análise da concentraçãode sedimentos

água com sedimento mais grosseiro

Figura 2.14 - Desenho esquemático do equipamento de ensaio F3 (modificado - Matheus, 1997)

29

Na execução do ensaio de fração fina, é estabelecido um fluxo d’água contínuo no

equipamento, em seguida o solo vai sendo adicionado na coluna em forma pluviada (mistura

solo-água). São colocadas quantidades que variam de 5 a 50 gramas de solo por litro de água

e essa mistura é adicionada ao fluxo contínuo no sistema. Adições são feitas quando se

constata a passagem das partículas de solo através do geotêxtil e quando os piezômetros

atingem o equilíbrio. O intervalo entre cada adição de solo-água é dependente do tipo de solo

e do geotêxtil, geralmente variando entre 1 a 20 minutos.

Na interpretação dos resultados do ensaio feita por Sansone e Koerner (1992), foi

possível identificar 3 tipos de comportamentos, baseados na variação da permissividade.

• As partículas de solo que passam continuamente pelo geotêxtil mostrando a ocorrência de

“piping” do solo de montante, com uma possível colmatação do dreno de jusante (se presente);

• As partículas de solo formam uma camada sobre ou no interior do geotêxtil, conduzindo a

um decréscimo da vazão de fluxo além dos limites compatíveis para o sistema,

significando uma excessiva colmatação do geotêxtil; e

• As partículas de solo formam uma camada estável sobre o geotêxtil, conduzindo a uma

condição de equilíbrio de fluxo relativamente constante através do sistema, mostrando que

o sistema é funcional.

Para se utilizar o solo de interesse, Sansone e Koerner (1992), fizeram numerosas

tentativas sobre a faixa granulométrica, e decidiram por utilizar um dos 3 critérios para

selecionar a fração fina do solo.

• Se o filtro geotêxtil não é especificamente identificado e diferentes tecidos estão sendo

avaliados, utiliza-se a fração granulométrica inferior ao D15;

• Se o geotêxtil é especificamente identificado, a fração de solo igual e mais fina do que sua

abertura aparente de filtração (AOS) é usada; e

• Se a amostra de solo é extremamente fina, semelhante a silte ou argila, pode ser necessário

usar o solo em toda a sua amplitude granulométrica.

As principais vantagens desse ensaio são: fornecer resultados rápidos e a fração fina

do solo que passa pelo geotêxtil é examinada diretamente. Suas principais desvantagens são:

não representar, na maioria das vezes, a totalidade do solo e não se dispõe de muitos

resultados para as devidas comparações, visto que é um ensaio relativamente recente e poucos

estudos sobre ele foram desenvolvidos.

Objetivando-se avaliar o desempenho do sistema solo-geotêxtil, Farias (1999) em sua

dissertação de mestrado, desenvolveu um equipamento semelhante na Universidade de

30

Brasília e realizou uma série de ensaios de Filtração da Fração Fina (f3) com seis diferentes

tipos de solo para seis diferentes tipos de geotêxteis. Nesses ensaios um fluxo d’água contínuo

foi estabelecido enquanto, simultaneamente, o solo era adicionado na forma de solução

diluída. O objetivo dos ensaios foi verificar a capacidade do geotêxtil em reter as partículas

sólidas trazidas pela água. As dimensões das partículas de solo que atravessaram o geotêxtil

foram também obtidas através do uso de um granulômetro a base de raios laser. Ensaios de

Razão entre Gradientes (Gradient Ratio Tests) também foram executados para a obtenção de

dados complementares sobre os sistemas solos-geotêxteis.

Os solos usados no programa de ensaios foram coletados de duas grandes erosões no

Distrito Federal, próximas à Brasília, e do Campo Experimental do Programa de Pós-

Graduação em Geotecnia da Universidade de Brasília. Duas areias e um solo fabricado foram

também utilizados nos ensaios. Os geotêxteis empregados foram materiais leves, com

gramaturas variando de 76 a 250 g/m2, comercialmente conhecidos pelas denominações VP-

75, IR-11, OP-15, OP-20, XT-04 e XT-06.

Os resultados obtidos mostraram que o equipamento desenvolvido se comportou bem

para a avaliação preliminar da utilização de geotêxteis como barreiras para partículas sólidas

em estruturas de controle de erosões. O desempenho dos sistemas solo-geotêxtil dependeu

diretamente da granulometria do solo e das características dos geotêxteis. O diâmetro máximo

das partículas que atravessaram o geotêxtil foi significativamente menor que o esperado,

tomando-se como base os resultados de abertura de filtração fornecidos em catálogos de

fabricantes. Os critérios de filtros disponíveis se mostraram conservativos para as condições

do ensaio. Observou-se também que geotêxteis de baixa gramatura e baixo custo podem servir

como solução para a retenção de partículas sólidas oriundas dos processos erosivos.

As Figuras 2.15 e 2.16 mostram o equipamento desenvolvido por Farias (1999) e

montado no Laboratório de Geotecnia da Universidade de Brasília para a execução dos

ensaios de Filtração da Fração Fina (f3).

31

piezômetro de contra fluxojusante (P1)

colocação da amostrapiezômetro de extravasormontante (P2)

piezômetro de 5 cmmontante (P3)

piezômetro de 2montante (P3) entrada de água

3

tubo 1 em acrílico 4

localização do geotêxtil5

registro de gaveta 6

tubo 2 em acrílico

tubo 3 em acrílico

cap para coleta de sedimentos

rede pública d'água

filtro para minimização de resíduos torneira principal

cole

ta d

e ág

ua

torn

eira

s

Figura 2.15 - Desenho esquemático do equipamento desenvolvido (Farias, 1999).

32

Figura 2.16 - Foto do equipamento desenvolvido (Farias, 1999).

33

3. UTILIZAÇÃO DE GEOSSINTÉTICOS NO CONTROLE DE EROSÃO

3.1 INTRODUÇÃO

Há um número crescente de novos métodos geotécnicos para controle e prevenção de

erosões. Esses métodos, quando executados corretamente, usualmente apresentam

desempenho satisfatório. A finalidade deste capítulo é fornecer informações adicionais sobre

os principais sistemas permanentes de controle e prevenção de erosões com a utilização de

geossintéticos.

As primeiras utilizações de geossintéticos no controle de erosão datam do final da

década de 1960 e início dos anos 70, quando pesquisas em universidades mostraram que

certos materiais têxteis sintéticos poderiam ser usados em substituição a filtros constituídos

por materiais granulares. O primeiro filtro tecido foi usado para prevenir erosão do material

subjacente a uma camada de “rip-rap” (Carrol et al., 1992). Tais materiais portaram-se de

forma satisfatória na prevenção de erosões causadas por fluxo de águas subterrâneas,

escoamento superficial de precipitações pluviométricas e/ou ação de ondas.

3.2 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

A utilização de geossintéticos na prevenção e controle de erosões, neste capítulo, está

dividida em três partes. Na primeira apresentam-se as aplicações em que os geotêxteis são

submetidos a condições especiais, tais como ação de ondas, e as situações usuais no controle

de voçorocas. A segunda parte concentra-se em considerações sobre o uso de geomantas no

controle e prevenção de erosões. A terceira parte apresenta a utilização das geocélulas.

Deve-se enfatizar que a utilização combinada de geossintéticos e vegetação no

controle de erosão é um dos métodos mais adotados por seu baixo custo e eficácia. Entretanto,

alguns fatores limitam a utilização de tal solução, visto que o crescimento da vegetação é

lento e depende de condições do solo e de condições climáticas para o seu desenvolvimento.

Portanto, cada situação requer análise específica para verificar a sua viabilidade dentro dos

critérios requeridos pela prática da engenharia. Por exemplo, uma semeadura para controle de

erosão tem seu efeito cessado se uma possível enxurrada arrastar as sementes antes de seu

desenvolvimento.

33

3.3 GEOTÊXTEIS NO CONTROLE DE EROSÃO

O uso dos geotêxteis no controle de erosão tem sido feito usualmente combinando-se

o geotêxtil com materiais granulares, obedecendo-se a critérios de drenos e/ou filtro,

ressaltando-se o fato de que o geotêxtil elimina a necessidade de se prever a transição

granulométrica entre tais materiais.

Nas Figuras 3.1 (a) a (e) são esquematizadas algumas aplicações de geotêxteis para

controle de processos erosivos.

(a) - Revestimento de canais.

(b) - Proteção de taludes.

Figura 3.1- Aplicações de geotêxtil no controle de erosão (modificado - Holtz et al., 1997).

34

(c) - Proteção de estruturas submersas.

(d) - Proteção de obras costeiras e contra ação de ondas.

(e) - Proteção de obras de drenagem.

Figura 3.1 (continuação) - Aplicações de geotêxtil no controle e erosão (modificado - Holtz et al., 1997).

35

3.3.1 CONSIDERAÇÕES ESPECIAIS PARA OBRAS DE CONTROLE DE EROSÕES

UTILIZANDO-SE GEOTÊXTEIS

Diversas obras de controle de erosão são dimensionadas obedecendo-se aos critérios

usuais citados no capítulo anterior (critério de retenção, permeabilidade e colmatação).

Bibliografias específicas (Holtz et al., 1997; FHWA, 1989) permitem relacionar as principais

considerações que o projetista deve obedecer em projetos onde o geotêxtil é submetido à ação

de fluxos cíclicos ou dinâmicos, como em barragens e obras costeiras:

a) Critério de retenção para fluxos cíclicos ou dinâmicos

Em condições de fluxos d’água cíclicos ou dinâmicos, as partículas de solo podem

migrar através do geotêxtil com maior facilidade do que em condições normais de

funcionamento. Para isso o coeficiente B = 1 indicado na Tabela 2.2 (Item 2.5 do capítulo

anterior) pode não ser recomendado pela possível necessidade de que o geotêxtil retenha até

mesmo as menores partículas de solo.

Quando há possibilidade de ocorrência de deslocamento do sistema de controle de

erosão recomenda-se a redução do valor “B” para valores inferiores a 0,5, indicando que a

maior abertura do geotêxtil deve ser pequena o bastante para a retenção das partículas

menores de solo.

b) Permeabilidade e capacidade de fluxo requerida para controle de erosão

Nas muitas aplicações de controle de erosão é comum o surgimento de altas pressões

hidráulicas induzidas pelas ondas, o que pode provocar o deslocamento do geotêxtil. A fim de

evitar esse processo, usualmente coloca-se uma camada protetora de pedras ou blocos de

rocha como sobrecarga para fixação do geotêxtil. Esta camada também serve de proteção para

o sistema contra o impacto de ondas. O uso desta sobrecarga sobre o geotêxtil requer que se

avalie a capacidade de fluxo através do sistema, tendo em vista a redução da área do geotêxtil

em função do contato das pedras. Nestes casos a avaliação da capacidade de fluxo deverá ser

feita sobre a área disponível do sistema. Conforme a expressão abaixo (Equação 3.1).

qrequerida = qgeotêxtil (Ag/At) ............................................................................................... (3.1)

onde: q requerida = capacidade de fluxo exigida pelo sistema;

q geotêxtil = capacidade de fluxo do geotêxtil;

Ag = área do geotêxtil disponível para o fluxo após o revestimento (é igual à área total

do geotêxtil menos a área submetida ao contato com as pedras de revestimento);

36

At = área total do geotêxtil.

c) Critério de colmatação para fluxo cíclicos ou dinâmicos

Considerando que os sistemas de controle de erosão são freqüentemente usados sob

condições hidráulicas severas, deve-se considerar na fase de elaboração de projetos as

situações a que o geotêxtil estará submetido. O mais recomendado é que se executem ensaios

de filtração com o solo do local da obra e o geotêxtil a ser empregado, objetivando-se

verificar o desempenho do sistema em termos de colmatação e monitoração da capacidade

drenante. Os ensaios mais recomendados são: Razão entre Gradientes (ASTM D 5101) e

ensaio de Condutividade Hidráulica (ASTM D 5567), dependendo do tipo de solo.

d) Critério de Sobrevivência para controle de erosão

Este critério leva em consideração tanto as fases de instalação e construção quanto a

vida útil da obra. Neste critério as principais propriedades associadas às solicitações

mecânicas nas fases de instalação e construção são: resistência à tração; resistência à

penetração, perfuração ou rasgo e resistência à abrasão. Adicionalmente busca-se determinar

o comportamento do geotêxtil em termos de propriedades mecânicas e hidráulicas para a fase

de operação da obra. Fatores como compressibilidade, resistência ao deslizamento na

interface (plano inclinado), resistência ao arrancamento, fluência e degradação por raios

ultravioleta devem ser considerados.

Na instalação e construção deve-se atentar principalmente para o tipo de pedra a ser

usada no revestimento, pois há dois princípios básicos a serem atendidos: a) ter resistência

mecânica adequada para suportar a ação de ondas; e b) apresentar forma e angulosidade que

não danifiquem o geotêxtil.

3.3.2 CONCEPÇÃO DE PROJETO DE CONTROLE DE EROSÃO

A seguir descrevem-se os principais passos que devem ser seguidos na elaboração de

projetos para controle de erosão em situações especiais. Tais observações são baseadas na

Tabela 2.2 apresentada anteriormente.

Como primeiro passo recomenda-se a avaliação das condições do local da obra

(críticas ou pouco críticas) e da aplicação (severas e pouco severas). Condições críticas e

aplicações severas são definidas em função das considerações apresentadas abaixo (Holtz et

al., 1997; FHWA, 1989):

a) Condições críticas/ pouco críticas

37

• Se houver ruptura do sistema de controle de erosão, há risco de perdas de vidas humanas?

• Quando o sistema de controle de erosão protege uma determinada estrutura, se houver

ruptura desse sistema há possibilidades de danos significativos na estrutura ?

• Se o houver colmatação do geotêxtil, há risco de ruptura inesperada ? Acontecerá ruptura

catastrófica?

• Se houver ruptura do sistema de controle de erosão, os custos de correção excederão os

custos de instalação?

b) Aplicações severas/ pouco severas

• O solo a ser protegido apresenta granulometria descontínua. Neste caso poderia haver a

possibilidade de ocorrência de dispersão no solo?

• Os solos apresentam silte e areia uniforme com 85% passando na peneira 0,15 mm?

• O sistema de controle de erosão estará sujeito a condições de fluxo cíclico como ação de

ondas ou variações da maré?

• Ocorrem altos gradientes no solo protegido? O nível d’água baixa lentamente ou

rapidamente no solo existente? A obstrução de filtração produzirá altas pressões

hidráulicas?

• O sistema está sujeito a altas velocidades de fluxo, como em canais?

Condições poucas críticas e aplicações pouco severas seriam caracterizadas pela não

identificação dos problemas contidos nos itens “a” e “b” apresentados.

Num segundo passo deve-se coletar amostras do solo a ser protegido e proceder-se a

execução dos ensaios para obtenção dos seguintes parâmetros.

a) Análise granulométrica

• Obtenção dos diâmetros equivalente a 10% (D10), 60% (D60) e 85% (D85) passando;

• Determinação da percentagem passante na peneira 0,075 mm;

• Obtenção do coeficiente de não-uniformidade: Cu = D60/ D10;

Obs.: Quando o solo a ser protegido contém partículas passando na peneira 0,075 mm, usa-se

somente a fração de solo passante na peneira 4,75 mm para a escolha do geotêxtil.

• Com os valores de D85 para cada tipo de solo do local, deve-se selecionar o solo para a pior

situação (isto é, o solo que apresentar menor valor de B x D85) para o critério de retenção,

onde B é tirado da Tabela 2.2.

b) Limites de Atteberg - Determinação do índice de plasticidade (IP);

c) executar ensaios de permeabilidade no campo e laboratório

38

• Selecionar o solo da pior situação (isto é, solo com maior coeficiente de permeabilidade “k”)

Observação: A permeabilidade de areias limpas (< 5% passando na peneira 0,075 mm) com

0,1 mm < D10 < 3 mm e Cu < 5 pode ser estimado pela equação de Hazen, k = (D10)2 (k em

cm/s; D10 em mm) (Holtz et al., 1997). Esta equação não deve ser usada para solos mais finos.

Num terceiro passo deve-se fazer uma avaliação das pedras a serem usadas no

revestimento e a determinação da técnica de colocação, segundo as seguintes considerações:

a) Tamanho da pedra

Se o tamanho mínimo da pedra de revestimento ou os espaços existentes entre os

blocos excede a 100 mm, recomenda-se que uma camada de pedregulho de 150 mm de

espessura deva ser usada entre a pedra e o geotêxtil. O pedregulho deve ser classificado de tal

forma que não ocorra migração pela camada de pedra (isto é, D85 do pedregulho ≥ 0,2 x D15

da pedra de revestimento).

b) Determinação da técnica de colocação da pedra

Esta determinação consiste na avaliação e adoção de procedimentos que visem a

manutenção da integridade do geotêxtil (como exemplo, pode-se citar a máxima altura de

queda da pedra de revestimento).

No quarto passo deve-se calcular a vazão reversa prevista através do sistema de

controle de erosão.

Usualmente utiliza-se a lei de Darcy (Equação 3.2) e a análise convencional de rede de

fluxo para percolação de água através de diques e barragens, considerando-se situações em

que ocorra o rebaixamento rápido do nível d’água.

q = k. i. A .......................................................................................................................... (3.2)

onde: q = vazão efluente;

k = permeabilidade efetiva do solo (item “b” do 2 º passo acima);

i = valor médio do gradiente hidráulico no solo (adimensional);

A = área de solo e material de drenagem normal em direção do fluxo;

No 5º passo faz-se a verificação dos critérios de filtro para seleção do geotêxtil, a

saber:

a) Critério de retenção

Com os valores de D85 e Cu obtidos no item “a” do 2 º passo, determina-se o tamanho

da maior abertura permitida para o geotêxtil.

39

AOS ou O95(geotêxtil) < B x D85(solo)

Onde: B = 1 para projetos conservativos

Para projetos pouco conservativos e para menos de 50% passando na peneira 0,075 mm:

B = 1 para Cu ≤ 2 ou ≥ 8

B = 0.5 Cu para 2 ≤ Cu ≥ 4

B = 8/Cu para 4 < Cu < 8

Para mais de 50 % passando na peneira 0,075 mm:

B = 1 para geotêxteis tecidos

B = 1,8 para geotêxteis não tecidos

e AOS ou O95(geotêxtil) ≤ 0,3 mm

Para solos coesivos não dispersivos (IP > 7) adota-se:

AOS ou O95 ≤ 0,3 mm

Se o sistema solo-geotêxtil retido pode mover-se relativamente um ao outro, adota-se:

B = 0,5

b) Critério de permeabilidade/ permissividade

b.1) Situação pouco crítica/ pouco severa b.2) Situação crítica/ severa

kgeotêxtil ≥ ksolo kgeotêxtil ≥ 10 ksolo

b.3) permissividade requerida

ψ ≥ 0,7 s-1 para < 15 % passando na peneira 0,075 mm

ψ ≥ 0,2 s-1 para 15 a 50 % passando na peneira 0,075 mm

ψ ≥ 0,1 s-1 para > 15% passando na peneira 0,075 mm

b.4) capacidade de fluxo requerida

qgeotêxtil ≥ (At / Ag) . qrequerida ou (kgeotêxtil/ tGT). h . Ag ≥ qrequerida

Onde: h = carga hidráulica média no campo;

Ag = área do geotêxtil disponível para o fluxo (por exemplo, se 50% do geotêxtil for

coberto por pedras, Ag = 0,5 da área total);

At = área total do geotêxtil;

40

tGT = espessura do geotêxtil.

c) Critério de colmatação

c.1) Situação pouco crítica/ pouco severa

i) executar ensaios de filtração solo-geotêxtil

ii) alternativa: do passo 2º (item a) obter D15 e então determinar o tamanho de abertura

mínima para solos com Cu > 3, com:

O95 ≥ 3 D15

iii) outras condições

para solos com % passando 0,075 mm > 5 % < 5 %

• geotêxteis de monofilamentos tecidos, POA ≥ 4 % 10 %

• geotêxteis não tecidos, Porosidade ≥ 50 % 70 %

Onde POA: percentagem de área aberta.

c.2) Situação crítica/ severa

Selecionado o geotêxtil com base nos critérios de retenção, permeabilidade e

sobrevivência, bem como atendido o critério do passo 5 (item c.1) acima, executa-se então o

ensaio de filtração com geotêxtil. Para solos arenosos e siltosos (isto é, k > 10-7 m/s) sugere-se

o ensaio de razão entre gradiente e para solos finos (isto é, k < 10-7 m/s) recomenda-se o

ensaio de condutividade hidráulica.

d) Critério de sobrevivência

Selecionar as propriedades de sobrevivência requeridas para o geotêxtil para as fases

de instalação, construção e durante a vida útil da obra (resistência ao arrancamento,

deformação, resistência de costuras, resistência à perfuração, resistência ao impacto, etc.).

Deve-se checar o geotêxtil quanto a sua resistência à abrasão e devido à ação combinada das

ondas, avaliando-se o caso mais desfavorável.

3.3.3 PRINCIPAIS PROCEDIMENTOS PARA INSTALAÇÕES DE GEOTÊXTEIS

As exigências de construção dependerão do tipo de aplicação e das condições

específicas do local. Para os sistemas com revestimentos em enrocamento deve-se adotar os

seguintes procedimentos:

• na preparação da superfície de suporte do sistema de controle de erosão deve-se fazer a

regularização com enchimentos de possíveis depressões e proceder-se a remoção de

41

materiais que possam danificar o geotêxtil;

• verificar sobreposições e costuras dos geotêxteis e espaçamento entre os pinos de

fixação (Figura 3.2 “a”). A colocação do geotêxtil deve ser efetuada de tal forma que o

mesmo não fique sob tensão com possibilidade de ocorrência de danos à sua instalação;

• deve-se estudar o ângulo de inclinação do talude para a devida estabilidade do sistema;

• evitar a formação de rugas no geotêxtil;

• deve-se prover as devidas ancoragens como mostrado nas Figura 3.2 (a), (b) e (c).

pedras usadas no revestimentosuperposição 1,0 m (min.)

ação deondas

geotêxtil

nível d'água mínimo

pino de fixaçãotalude protegido

pedras usadas no revestimento

0,6

m

0,6 m (min)

0,6 m ( i )

1,0

m

(a) - Seção transversal do revestimento e trincheira de ancoragem no talude sujeito à erosão.

Como revestimento, pode-se adotar o mostrado nas Figuras 3.1 (d e e).

nível d'água mínimo geotêxtil

pino de fixaçãosuperposição (1,0 min.)

talude protegidoângulo estável

pedras usadas no revestimento1,5 m (min.)

reco

men

dáve

l1

0m

(b) - Seção transversal do tipo de ancoragem quando as condições do solo na base não permitem escavação vertical. Como revestimento, pode-se adotar o mostrado nas Figuras 3.1

(d e e).

42

Figura 3.2- Detalhes da construção de ancoragens de geotêxteis para os sistemas de controle de erosão (modificado - Holtz et al., 1997).

nível d'água mínimo

geotêxtil

proteção

(c) - Método holandês tipo dedão de pé.

Figura 3.2 - (continuação) - Detalhes da construção de ancoragens de geotêxteis para os

sistemas de controle de erosão (modificado - Holtz et al., 1997)

Nas Figuras 3.3 e 3.4 apresentam-se mais detalhes de aplicações de geotêxteis no

controle de erosões.

revestimento de pedra

ancoragem geotêxtil

pino de fixaçãosolo natural

Figura 3.3 - Seção transversal de revestimento de canais com geotêxtil para o controle de

erosão (modificado - Holtz et al., 1997)

43

nível d'águapino de fixação

revestimento de pedra solo

geotêxti

Figura 3.4 - Proteção de obra submersa com geotêxtil para controle de erosão (modificado -

Holtz et al., 1997)

3.3.4 GEOTÊXTEIS NO CONTROLE DE VOÇOROCAS

No controle de voçorocas o geotêxtil desempenha duas funções básicas: contenção do

solo erodido, ou sujeito a possíveis erosões, e filtração/ drenagem, permitindo o escoamento

das águas de infiltração. Além destas funções, deve-se destacar a elevada deformabilidade e a

baixíssima degradabilidade do geotêxtil, ressaltando-se que a deformabilidade e resistência

mecânica do geotêxtil constituem-se em características de grande importância, pela

possibilidade de movimentação e acomodações a recalques de obras de terra.

Um dos métodos mais usuais para o controle de voçorocas consiste na combinação de

muros de arrimo em solo reforçado com geotêxteis com barreiras de sedimentos. Nestas

situações uma primeira fase constitui-se na construção dos muros de arrimo reforçado para a

contenção de eventuais ramificações do processo erosivo (Figuras 3.5 e 3.6). Em seguida uma

das alternativas é a execução de uma série de barragens de assoreamento ao longo do talvegue

(Figura 3.7) com os devidos sistemas de drenagens para evitar possíveis transbordamentos.

Com o assoreamento de um dos barramentos, os sedimentos que passam pela barragem

assoreada serão retidos em outra e assim sucessivamente, diminuindo desse modo a

declividade da voçoroca ao mesmo tempo que permite ascensão do seu fundo.

Ressalta-se que as barragens de assoreamento ao longo da voçoroca devem ser

dimensionadas para atender aos critérios de estabilidade quanto ao tombamento,

deslizamento, capacidade de carga da fundação e a estabilidade global do sistema de controle

44

de erosão. Deve-se também executar os eventuais sistemas de drenagens nas barragens para

melhoria de seu funcionamento. Outro estudo de suma importância é o do lençol freático para

verificação da necessidade de execução de trincheiras drenantes ao longo da voçoroca para

rebaixamento do nível d’água abaixo do pé do talude. Quando se implantam as barragens de

assoreamento um outro aspecto a ser avaliado é o relativo à estabilidade dos taludes laterais

uma vez que com o represamento ocorre o aumento de umidade do solo em sua base podendo

ocorrer ruptura.

muros de arrimo

linha de talveguebarragem de assoreamento

Figura 3.5 - Primeira etapa do controle da voçoroca - contenção dos braços da voçoroca por

meio de muros de arrimo (modificado - Rhodia S.A., 1982).

terreno natural

limite da erosão

geotêxtil

Figura 3.6 - Corte do muro de arrimo com geotêxtil.

45

regularização

NA máximo

geotêxtil

linha de talvegue

assoreamento

solo compactado

Figura 3.7 - Barragem de assoreamento para controle de erosão.

Outro sistema de controle de voçorocas são as “barreiras antierosão” também chamadas

de “silt fences”. Geralmente as “silt fences” são utilizadas para controle temporário de produção

de sedimentos. Porém, essa solução, se bem adaptada, pode ser empregada para controle

permanente de erosão. As Figuras 3.8 e 3.9 mostram o desenho esquemático desse sistema.

Figura 3.8 - Vista frontal da voçoroca com o sistema de controle de erosão - “silt fences”.

46

A sua eficiência como obra permanente de controle do processo erosivo está vinculada

ao desenvolvimento de técnicas de projetos e construtivas apropriadas as condições locais.

As vantagens desse sistema podem ser justificadas pelos seguinte pontos: simplicidade

de execução, baixo custo e possibilidade de se obter estruturas compatíveis com a carga de

sedimentos a ser contida, permitindo a execução em etapas de acordo com a produção de

sedimentos à montante. No Capítulo 7, propõe-se uma metodologia construtiva utilizando-se

esse sistema para o controle dos processos erosivos.

tela metálica

haste partículas de solo retidas

geotêxtil

base da erosão

Figura 3.9 - Vista lateral das barreiras antierosão, onde o geotêxtil se apóia em telas metálicas fixadas nas hastes (modificado - Rhodia, 1982).

3.4 GEOMANTAS NO CONTROLE DE EROSÃO

Nas áreas desprotegidas e submetidas a escoamentos superficiais d’água, geralmente,

a superfície de solo está sujeita a erosão. Nos lugares onde o fluxo é intermitente a utilização

de materiais sintéticos com vegetação pode minimizar o processo erosivo. Para reforçar uma

área a ser vegetada tem-se utilizado, sob a vegetação, tipos de materiais que promovem o

reforço da cobertura, fixando-a e formando uma superfície mais resistente à erosão.

O geossintético do tipo geomanta apresentado na Figura 2.9 (Item 2.3), tem sido

aplicado geralmente sob gramíneas, processo denominado de grama reforçada, atuando como

proteção contra a erosão superficial provocada pelo impacto das gotas de chuva e por fluxo de

água superficial.

A forma tridimensional da geomanta favorece a retenção do solo, mantém a umidade e

fixa a semente vegetal, favorecendo o desenvolvimento da vegetação. Após o crescimento da

vegetação o entrelaçamento de suas raízes com a geomanta constituiu-se em um sistema de

47

ancoragem adequada e de proteção ao solo superficial.

As principais aplicações das geomantas são: proteção de taludes e aterros contra

erosões causadas por precipitações intensas ou inundações. Elas atuam também eficazmente

nas superfícies expostas e retenção de solo.

3.4.1 CONSIDERAÇÕES PARA OBRAS COM USO DE GEOMANTAS

No dimensionamento de projetos que requerem maior responsabilidade, tais como em

canais, deve-se atentar para fatores que podem influir com maior intensidade, prejudicando o

funcionamento do projeto. Segundo Holtz et al. (1997), na fase de planejamento, deve-se

atentar para a viabilidade de se construir um sistema de grama reforçada. Tal alternativa

depende do estabelecimento dos parâmetros básicos de projetos, tais como a freqüência e

duração do fluxo d’água no canal, riscos de ruptura, carga hidráulica, propriedades do subsolo

e possibilidade de vandalismo na solução adotada. Adicionalmente, deve-se levar em

consideração fatores de construção, manutenção, parte estética, clima, planejamento,

especificação, entre outros.

3.4.2 PRINCIPAIS PROCEDIMENTOS DE PROJETOS

Após a definição da viabilidade de construção do canal com o sistema geomanta-

gramíneas, o projeto deve vir detalhadamente acompanhado de fatores que envolvam

considerações hidráulicas, geotécnicas e botânicas.

No projeto hidráulico os principais parâmetros são: velocidade, duração do fluxo e

resistência das camadas contra erosão.

As principais recomendações do projeto hidráulico incluem a verificação de

transbordamento do canal; a consideração de várias alternativas de engenharia, levando-se em

consideração a topografia local; as condições normais e críticas de funcionamento para cada

opção avaliada; e a ação de ondas nas margens do canal.

Para as diversas soluções de engenharia que podem ser satisfatórias a um determinado

local, os detalhes hidráulicos podem ser verificados usando os principais procedimentos:

a) escolha do tipo de revestimento e determinação do valor da rugosidade “n” (coeficiente de

rugosidade de Manning - Figuras 3.10 e 3.11);

b) determinação da velocidade do fluxo através de tentativas (usualmente pela fórmula de

48

Manning - Equação 3.3 - ou a de Chezy - Equação 3.4) para as diferentes profundidades do

canal;

Compr. médio da grama Rugosidad

150 mm a 250 mm C

50 mm a 150 mm D

< 50 mm E

Figura 3.10 - Rugosidade hidráulica de gramas para taludes com inclinação menor do que 10H:1V (modificado - Herpen & IJssel, 1997).

Figura 3.11 - Coeficiente de rugosidade para taludes gramados com inclinação maior do que

10H:1V (modificado - Herpen & IJssel, 1997)

49

c) comparação da velocidade acima encontrada com a máxima velocidade, em função do

tempo de duração do fluxo (Figura 3.13), recomendada para o tipo de revestimento escolhido.

Se a velocidade encontrada for maior do que a velocidade recomendada para o revestimento

deve-se optar por outro revestimento, sobre a geomanta, mais resistente para suportar a

velocidade do fluxo d’água (concreto projetado, por exemplo).

VR

nH =

. i1/ 22 3/

................................................................................................................. (3.3)

onde: V = velocidade média do fluxo (m/s);

RH = raio hidráulico (m) que é a área molhada dividida pelo perímetro molhado

(Figura 3.12);

i = declividade do canal (m por m);

n = coeficiente de rugosidade de Manning (dependente do tipo de revestimento)

V = C . R . iH ............................................................................................................... (3.4)

Cn

= R H1/6

...................................................................................................................... (3.5)

onde: V = velocidade média do fluxo (m/s);

C = coeficiente de rugosidade hidráulica de Chezy (m1/2 / s).

Obs.: Denomina-se seção molhada de um conduto a área útil de escoamento numa seção

transversal (Figura 3.12). Deve-se, portanto, distinguir S, seção de um conduto (total), e A,

área molhada (seção de escoamento).

P P

A A

Figura 3.12 - Área molhada e perímetro molhado (modificado - Azevedo Neto & Alvarez, 1991).

O perímetro molhado é o comprimento da linha de contato entre a seção molhada e a

seção transversal. Não abrange, portanto, a superfície livre das águas.

50

Figura 3.13 - Valores limites recomendados para resistência à erosão de superfície e grama reforçada (modificado - Herpen & IJssel, 1997)

Além das considerações feitas, deve-se atentar para as condições mais críticas, como a

possibilidade de ocorrência de ressaltos hidráulicos, descargas hidráulicas que muitas vezes

requerem proteções especiais, como dissipadores de energia, entre outros cuidados que devem

ser tomados.

A principal consideração geotécnica está relacionada com a infiltração de água no solo

e o seu conseqüente efeito. Para se investigar esse efeito é necessário que se conduza

investigação de campo e laboratório para determinar as características do subsolo e do lençol

freático. Por exemplo, ensaios para determinação da permeabilidade in situ e ensaio de

laboratório para determinação de permeabilidade, caracterização, etc.. Obtidas as

características do solo, deve-se analisar a estabilidade dos taludes, verificando a necessidade

de drenagens localizadas para melhorar sua estabilidade.

51

As principais considerações botânicas incluem a escolha da vegetação (gramíneas), o

seu estabelecimento e monitoração. Na escolha do tipo de gramíneas deve-se levar em conta

as características físico-químicas do solo e o clima. Além disso, é importante determinar o

método de semeadura mais adequado. Nas Figuras 3.14 (a) a (d) apresenta-se a seqüência do

revestimento de um talude com geomanta e semeadura.

(a) preparação da superfície (b) aplicação e fixação da geomanta

(c) detalhe da emenda fixação (d) detalhe de um tipo de

semeadura

52

Figura 3.14 - Seqüência de aplicação da geomanta (modificado Herpen & IJssel, 1997)

3.5 GEOCÉLULAS NO CONTROLE DE EROSÕES

O sistema de confinamento celular tipo geocélulas apresenta-se como um dos métodos

mais adequados nos sistemas de controle de erosões, principalmente na proteção de taludes e

revestimentos de canais (Figura 3.15).

g eo cé lu la

v a riá v e l

ge o tê x ti l

p in o o u g ra m p o de f ix ação

1

Figura 3.15 - Seção transversal típica de proteção de talude com geocélula.

Basicamente, as geocélulas têm sido utilizadas no controle de erosões da seguinte

maneira:

• taludes com vegetação: neste tipo de aplicação as geocélulas confinam e reforçam a

camada de solo vegetal, aumentando a resistência natural da vegetação às forças de erosão

e evitando a perda de partículas do solo na zona de enraizamento. O sistema funciona

particularmente bem em taludes íngremes e áreas de fluxo concentrado e intermitente;

• taludes sem vegetação: neste caso ocorre o aumento da resistência dos materiais

granulares (material de preenchimento) à erosão. A energia hidráulica é dissipada e a

migração de partículas individuais talude abaixo, causada pela gravidade e por forças

hidráulicas, é impedida;

• taludes revestidos com concreto: neste caso elimina-se a necessidade de elementos

estruturais complicados e dispendiosos e técnicas de construção caras e demoradas.

Quando utilizado com enchimento de concreto, as paredes do sistema celular funcionam

como forma e como juntas de dilatação contínuas. Outro benefício é a sua flexibilidade

estrutural, pois as geocélulas flexionam-se e acompanham o movimento do subsolo.

Na proteção de canais as geocélulas proporcionam proteção flexível e durável,

53

podendo-se utilizar uma ou mais camadas, a fim de atender determinados requisitos

estruturais e hidráulicos, podendo-se utilizá-las das seguintes maneiras:

• proteção de canais com vegetação: as geocélulas funcionam de forma a aumentar a

resistência da vegetação natural protegendo a sua zona de enraizamento;

• proteção de canais com concreto: neste caso as geocélulas funcionam de forma flexível

para o concreto e como uma série de juntas de dilatação. As células acompanham o

movimento do subsolo.

3.5.1 PRINCIPAIS PROCEDIMENTOS DE PROJETOS

Assim como nos outros sistemas de controle de erosões, as exigências de construção

dependerão do tipo de aplicação e das condições específicas do local. A seguir fazem-se

algumas observações a que os projetistas devem atentar quando do dimensionamento de

geocélulas em controle de erosões.

Recomenda-se que se faça a suavização completa do talude que receberá o sistema de

controle de erosão. A inclinação do talude depende da estabilidade proporcionada.

Nas obras sujeitas à ação erosiva provocada pela ação de ondas e pelo fluxo e refluxo

decorrentes das variações do nível da maré, deve-se especificar as geocélulas com enchimento

suficientemente resistente à ação dos severos impactos hidrodinâmicos. Nesses casos, têm-se

utilizado o concreto como material de preenchimento.

A ancoragem deve ser feita tanto na base quanto na crista do talude e para melhorar a

estabilidade do revestimento deve-se cravar uma série de grampos de ancoragem no maciço,

através das geocélulas, devendo-se atentar para eventuais corrosões nesses grampos.

Para interconectar as seções individuais das geocélulas e aumentar o fator de

segurança contra o deslizamento sobre o talude, deve-se utilizar tendões (ou tirantes)

interligando as células e aumentando a ancoragem dos blocos de concreto.

Recomenda-se que seja instalado geotêxtil entre o solo natural e o material de

preenchimento das geocélulas. Durante a fase de enchimento das geocélulas com concreto,

por exemplo, o geotêxtil atuará como elemento de separação e durante a vida útil da obra o

geotêxtil atua como elemento de drenagem planar aliviando as subpressões decorrentes de

rebaixamento rápido do nível d’água do lençol freático, permitindo o escoamento das águas

através do plano da manta, e de filtração, impedindo o carreamento de partículas do solo no

fluxo livre e no refluxo (fluxo reverso) das águas. O geotêxtil também instalado na interface

enrocamento regularizado-aterro atua como elemento de filtração, em substituição às

54

camadas de transição granulométrica, impedindo o carreamento de partículas do solo através

dos vazios das pedras.

3.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Além dos passos citados para os projetos de contenção e controle de erosões os

projetistas devem atentar também para fatores não menos importantes, como estimativas de

custos, preparo das especificações e monitoração da instalação, construção e funcionamento

da obra.

Na estimativa de custos os projetistas devem atentar para o custo total da obra e

particularmente para:

• preparação do local a ser protegido;

• custo do geotêxtil, incluindo colocação, costuras e pinos de fixação;

• custo dos materiais de revestimentos como pedras, vegetação, concreto e aplicação desses

materiais;

• materiais de acamamento, quando preciso, incluindo a aplicação; e

• outros custos envolvidos direta ou indiretamente na construção do sistema de controle de

erosão.

No preparo das especificações, além das exigências gerais, o projetista deve atentar

para as propriedades específicas dos geossintéticos, detalhando os procedimentos de

instalações, tipos de emendas, resistência mínima, eventuais consertos, técnicas de colocação

dos geossintéticos e dos revestimentos, entre outros.

Na monitoração da instalação, construção e funcionamento da obra deve-se fazer a

rigorosa fiscalização da execução e observar a funcionalidade do sistema de controle de

erosão durante e após os eventos que possam comprometer o sistema executado, tais como

precipitações pluviométricas significativas.

55

4. EQUIPAMENTOS BÁSICOS UTILIZADOS NA PESQUISA

4.1 INTRODUÇÃO

Para o estudo do comportamento do geotêxtil em filtração e drenagem, utilizou-se o

equipamento desenvolvido por Ribeiro (2000) para Simulação Física do Processo de

Formação dos Aterros Hidráulicos Aplicado a Barragens de Rejeito e, com algumas

adaptações, esse equipamento foi utilizado para avaliação do comportamento de sistemas

solo-geotêxtil.

Para se avaliar os diâmetros das partículas de solo passantes pelo geotêxtil durante o

ensaio de filtração, utilizou-se o granulômetro a laser do fabricante Malvern Mastersizer.

Esses equipamentos pertencem ao Programa de Pós-Graduação em Geotecnia da

Universidade de Brasília. Apresentam-se, neste capítulo, as descrições dos principais

equipamentos utilizados nesta pesquisa.

4.2 EQUIPAMENTO PARA ANÁLISE DO GEOTÊXTIL EM ENSAIOS DE

FILTRAÇÃO

O equipamento, para a análise do geotêxtil, baseou-se na pesquisa realizada por

Ribeiro (2000), sofrendo algumas adaptações para a execução dos ensaios com o objetivo de

se avaliar o desempenho dos geotêxteis estudados nesta pesquisa. A Figura 4.1 apresenta uma

visão geral do equipamento.

O equipamento é constituído basicamente de três partes (canal, sistema de alimentação

e sistema de descarga) que funcionam de forma integrada durante o período de realização do

ensaio, provendo a manutenção dos parâmetros de fluxo e as condições necessárias para um

processo controlado de lançamento da mistura solo-água.

A parte principal do equipamento consiste de um canal de deposição, onde são

realizadas as simulações de descarga da mistura com a conseqüente retenção dos sedimentos.

Integrado ao canal, encontra-se um sistema de alimentação acoplado a um sistema de controle

de descarga. A Figura 4.2 mostra um esquema do equipamento utilizado para a simulação e

análise em laboratório do desempenho de geotêxteis utilizados em filtração e drenagem, e a

seguir descreve-se com mais detalhes cada um dos sistemas que o compõe.

56

Figura 4.1 - Visão Geral do equipamento desenvolvido por Ribeiro (2000) e utilizado na

pesquisa.

RESERVATÓRIOS DE 500 LITROS

CANAL 6,0 m

BOMBA

MOTOR P/ REGULAGEM DA ALTURA DE LANÇAMENTO

RESERVATÓRIOS DE 1000 LITROS

1

2

3

4

Figura 4.2 - Esquema do equipamento utilizado para análise do desempenho do geotêxtil.

4.3 CANAL DE RETENÇÃO E DEPOSIÇÃO DE SEDIMENTOS

O canal para deposição dos sedimentos tem 6,00 m de comprimento, 0,40 m de largura

e 1,00 m de altura. Ele foi construído usando perfis metálicos que sustentam as paredes

laterais de vidro temperado, com 1,00 m2 (1m x 1m) cada placa e 10 mm de espessura,

capazes de suportar o empuxo provocado pela mistura durante o ensaio. Este tipo de parede

57

permitiu a visualização direta do comportamento da mistura solo-água tanto à montante

quanto à jusante. À montante serviu para se verificar a homogeneidade da amostra, bem

como a interação do solo com o geotêxtil. À jusante serviu para a verificação e avaliação da

passagem de solo pelo geotêxtil durante o ensaio. Adicionalmente foi, também, de grande

auxílio na coleta do material passante pelo geotêxtil para posterior análise granulométrica e

de sólidos totais.

O sistema de ligação utilizado entre as pacas de vidro na parte interna do canal foi

executado de forma a minimizar a existência de irregularidade e descontinuidades no contato

entre as placas de vidro. Este tipo de cuidado durante o processo de fixação dos vidros visou

evitar problemas no regime de fluxo da mistura dentro do canal podendo provocar possíveis

ressaltos nessas ligações.

A base do canal é constituída por uma chapa metálica de 5 mm de espessura protegida

com uma camada de tinta epóxi com proteção de tinta a óleo. A utilização desta chapa visou

garantir a estabilidade do fundo do depósito e resistir aos esforços provocados pelo peso do

material dentro do canal. A Figura 4.3 mostra em detalhe a parte interna do canal de retenção

e deposição de sedimentos com o sistema de descarga.

Figura 4.3 - Detalhe interno do canal de retenção e deposição de sedimentos com a descarga.

58

4.4 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DA MISTURA

O sistema de alimentação é constituído de quatro reservatórios (dois de 1000 e dois

de 500 litros – uma das modificações aplicadas ao projeto original do equipamento que era

constituído de 3 reservatórios – dois de 500 e um de 1.000 litros). Um reservatório principal

localizado na parte superior do canal (500 litros) e outros três localizados ao lado do

equipamento onde era feita a preparação da mistura. A Figura 4.4 mostra com detalhes o

sistema de alimentação do equipamento.

RESERVATÓRIO 500 LITROS

BOMBA

MOTOR P/ REGULAGEM DA ALTURA DE LANÇAMENTO

RESERVATÓRIO 1000 LITROS

1

2

3

4

Figura 4.4 - Detalhe do sistema de alimentação

O reservatório 1 é interligado com o reservatório 2 por meio de uma bomba especial

para circulação de água contendo resíduos sólidos (Figura 4.5), para que houvesse a

recirculação da mistura durante todo o período de realização do ensaio. Por outro lado, o

reservatório 2 recebe a mistura dos reservatórios 3 e 4.

O nível do reservatório 1 é mantido constante pelo sistema de saída localizado em

diferentes pontos ao longo da profundidade do reservatório. Isso foi necessário devido à

vazão da bomba ser superior à vazão requerida para o ensaio.

Dependendo da vazão requerida em cada ensaio, uma ou mais válvulas poderiam ser

abertas para que se mantivesse o nível d’água constante dentro do reservatório 1.

A adoção dos quatros reservatórios se devem a necessidade de se alimentar o sistema

durante todo o período de evolução dos ensaios.

59

Figura 4.5 - Sistema de bombeamento do reservatório 2 para o reservatório 1.

Os reservatórios são dotados de misturadores, conforme mostra a Figura 4.6, para que

ocorresse permanente homogeneização da mistura. Na Figura 4.7 pode-se observar o sistema

de recirculação, bem como uma visão superior de um dos reservatórios.

Figura 4.6 - Sistema de homogeneização da amostra.

60

Figura 4.7 - Detalhe do sistema de recirculação e reservatório.

Conforme mostra a Figura 4.6 e 4.8, um sistema de pás metálicas vazadas com seção

levemente inferior ao diâmetro dos reservatórios foi instalado no eixo central dos mesmos. A

velocidade de rotação adotada foi de 60 rpm, calculada em função das diversas medidas de

concentração realizadas ao longo da profundidade e da seção dos reservatórios. A manutenção

da velocidade foi possível com a adoção de um sistema de polias de redução acopladas a um

motor de 1 CV, que garantiam um torque necessário para mover a mistura dentro do

reservatório mesmo considerando a máxima concentração adotada e densidades das partículas

de solo presentes na mistura. Adicionalmente, foi instalado na parte inferior do eixo central

das pás uma haste em forma de hélice objetivando manter os sedimentos acumulados na parte

central do fundo em suspensão, evitando assim a concentração de material e aumentando a

eficiência do sistema.

Figura 4.8 - Configuração do sistema de pás e haste em forma de hélice no eixo central.

61

Segundo Ribeiro (2000), o cálculo do arranjo físico dessas pás foram baseados em

dados obtidos em projetos de sistemas semelhantes usados em estações de esgotos e sistemas

de homogeneização de misturas de sólidos e líquidos.

4.5 SISTEMA DE DESCARGA DA MISTURA

O sistema de descarga da mistura no canal era feito com um direcionador de fluxo

(Figura 4.9) projetado para produzir uma condição de fluxo uniforme ao longo do canal pelo

direcionamento do fluxo sempre paralelo às suas paredes. O objetivo desse direcionador era o

estabelecimento de um fluxo unidimensional e a conseqüente influência provocada pelas

paredes dentro do canal.

O Controlador de fluxo foi construído em acrílico transparente permitindo a

visualização do processo de descarga no seu interior. A Figura 4.9 mostra o direcionador de

fluxo construído.

420 mm

280

mm

50 mm

ACR

ÍLIC

O F

LEXÍ

VEL

TUBO CONDUTOR

DISTRIBUIDOR DE FLUXO

120 mm

30 m

mPARAFUSO DE AJUSTE

380

mm

Figura 4.9 - Direcionador de fluxo (Ribeiro, 2000).

Um sistema de elevação foi acoplado ao controlador de fluxo, possibilitando sua

ascensão com a altura da lâmina da mistura à montante do barramento dentro do canal. Esse

sistema permitia que a queda da mistura se desse à lâmina da mistura no canal, a fim de que

não se provocasse grandes perturbações que pudessem interferir nos resultados dos ensaios

realizados.

62

Esse controlador de fluxo é suspenso por um sistema de fios de nylon acoplados a três

pequenas polias localizadas na estrutura de sustentação do canal, possibilitando a

manutenção da sua posição paralela à base da lâmina da mistura contida no canal. Um

pequeno motor instalado era dotado de eixo no qual eram enrolados os fios de nylon e

permitia a subida e descida do controlador de fluxo.

O controlador de fluxo era conectado ao reservatório 1 (Figura 4.4) por um tubo de

diâmetro levemente inferior à entrada condutora do controlador de fluxo permitindo o seu

encaixe à medida que o controlador subia. O controlador era também dotado de um sistema

tipo funil na parte superior para evitar que a mistura sofresse dispersão quando de seu

lançamento no canal.

4.6 SISTEMA DE DRENAGEM

Ao final do canal foi instalado um sistema de drenagem que permitia o escoamento do

material que passava pela barreira instalada no canal. Esse sistema de drenagem era

conectado a uma caixa que coletava o material passante e o despejava no sistema de coleta de

águas pluviais do laboratório. A Figura 4.10 mostra o sistema de drenagem da mistura

passante pelo barramento

Figura 4.10 - Sistema de escoamento da mistura passante pelo barramento.

63

4.7 EQUIPAMENTO PARA ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DAS PARTÍCULAS

PASSANTES PELO GEOTÊXTIL DURANTE OS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO

A análise granulométrica das partículas passantes pelo geotêxtil foi efetuada com o

uso de um granulômetro a laser (Figura 4.11) pertencente ao laboratório de Geotecnia da

Universidade de Brasília. Esse equipamento é produzido pela Malvern Instruments Ltd com

sede em Worcestershire na Inglaterra cujo modelo é composto de três partes fundamentais, a

saber: a unidade de preparação da amostra, a unidade óptica e um microcomputador.

Como característica principal, pode-se citar que ele opera numa faixa de

granulometria das partículas variando de 0,5 a 900 μm (1 μm = 106 m = 10-3 mm). Trabalha

basicamente com a introdução de uma pequena quantidade de solo em um meio dispersante

com volume máximo de 1.000 cm3. As leituras das medidas dos diâmetros dos grãos são

feitas pela passagem da mistura por um par de lentes que recebe um feixe de raios laser.

Os resultados obtidos são armazenados em um sistema de aquisição de dados acoplado

ao microcomputador conectado à unidade de ensaio. A utilização do software pelo sistema

permite o pós-processamento dos dados e a definição da curva granulométrica das partículas.

Figura 4.11 - Granulômetro a laser do Programa de Pós-Graduação em Geotecnia – UnB.

64

A unidade de preparação da amostra tem como finalidade principal ser o acessório no

qual se prepara a amostra para a execução do ensaio. Essa unidade consta de um tanque com

capacidade máxima de 1.000 cm3 e, um volume acima disso, é eliminado através de uma

saída interna ao tanque (ladrão). A Figura 4.12 mostra a referida unidade de preparação de

amostras do Granulômetro Master Sizer S.

Figura 4.12 – Unidade de Preparação da Amostra do Granulômetro Modelo Master Sizer S.

Já a unidade óptica é usada para coletar os dados obtidos durante o processo de

medida dos diâmetros dos grãos da amostra. Ela é constituída de três partes, a saber:

01) Transmissor;

02) Unidade de área da amostra;

03) Receptor.

O transmissor contém o dispositivo de geração do feixe de laser que é usado para

efetuar as medições na amostra. A área da amostra é um local situado entre o transmissor e o

receptor sendo que através da mesma a amostra circula passando por dentro par de lentes em

frente ao feixe de raios laser onde são feitas as tomadas de medidas.

O receptor é a parte final da unidade óptica e tem a função de coletar e armazenar as

informações recebidas pelo espalhamento do feixe de raios laser que passa pela amostra,

enviando-as imediatamente para o sistema do microcomputador para serem submetidas às

devidas análises. O principal componente do receptor é o detector que também é chamado de

65

diodo. O detector é feito de um determinado número de elementos de fotodiodos que são

organizados num sistema padrão radial. A Figura 4.13 mostra a unidade óptica do

granulômetro modelo Master Sizer S.

Área da amostra, par de lentes e receptor.

Feixe de raios laser

Transmissor

Figura 4.13 – Unidade Óptica do Granulômetro Modelo Master Sizer S.

O modo como o granulômetro opera as medidas é baseado no espalhamento que as

partículas provocam e absorvem a luz. Uma das teorias usadas é o modelo Fraunhofer

(Malvern, 1997) indicada pelo manual que acompanha o aparelho. Esse modelo pode prever o

padrão de espalhamento que é criado quando um sólido, esférico e opaco de tamanho

conhecido é passado através do feixe de raios laser. É um dos modelos mais recomendados

para medição de tamanho de partículas, entretanto ele não descreve o espalhamento

perfeitamente. Isso em função da existência tanto de partículas na forma de disco quanto de

partículas transparentes.

Outra teoria utilizada e a de Mie (Malvern, 1997) que foi desenvolvida para prever a

trajetória da luz espalhada por partículas esféricas e trata do caminho da luz que passa ou é

absorvido pela partícula. Essa teoria é mais adequada, entretanto exige que se saiba algumas

informações específicas sobre as partículas, tais como o seu índice de refração e o de

absorção.

66

5. MATERIAIS E METODOLOGIAS UTILIZADOS NOS ENSAIOS

5.1. INTRODUÇÃO

Objetivando-se avaliar o desempenho do sistema solo-geotêxtil, realizou-se um

programa de ensaios utilizando-se o simulador hidráulico na análise de geotêxteis como

materiais de filtração.

Realizaram-se também ensaios auxiliares que permitiram a obtenção de informações

adicionais sobre os solos e geotêxteis utilizados. Tais ensaios auxiliares consistiram de:

permeabilidade dos geotêxteis após cada ensaio de filtração, a fim de se avaliar

quantitativamente a redução de permeabilidade em relação aos geotêxteis virgens; ensaios de

teor de sólidos totais, que permitiram avaliar a concentração de sólidos do material passante

pelo geotêxtil e ensaios granulométricos do material passante pelo geotêxtil com o objetivo de

se verificar a granulometria das partículas passantes.

Neste capítulo apresentam-se as características e propriedades dos materiais utilizados

(solos e geotêxteis), bem como a metodologia utilizada para execução dos principais ensaios

da na pesquisa.

5.2. MATERIAIS UTILIZADOS

Para o desenvolvimento desta pesquisa, foram coletados solos potencialmente

erodíveis de três diferentes localidades: de duas erosões da cidade satélite de Ceilândia no

Distrito Federal e um solo de uma erosão intensa da cidade de Anápolis. Por sua vez, para os

geotêxteis, foram selecionados quatro tipos não-tecidos agulhados, de filamentos contínuos

com 100% de poliéster, com gramatura variando de 76 a 600 g/m2, denominados de VP-75

(76 g/cm2), OP-15 (150 g/cm2), OP-30 ( 300 g/cm2) e OP-60 (600 g/cm2).

5.2.1 SOLOS DAS EROSÕES SELECIONADAS NO DISTRITO FEDERAL

Para a escolha das erosões, realizaram-se visitas a diversas áreas no Distrito Federal

que apresentam problemas com processos erosivos. Após essas visitas optou-se por duas das

localidades visitadas, onde foram coletadas amostras deformadas e indeformadas para

determinação de propriedades físicas em laboratório. As duas erosões selecionadas para

coleta de material estão localizadas na cidade satélite de Ceilândia (DF), uma próxima à DF-

070 entre os Km 6 e 7, em frente à estação de tratamento de água da CAESB. A outra área se

67

situa também na DF-070 entre os km 10 e 11 dessa rodovia. A Figura 5.1 mostra um mapa

com indicação dos locais onde foram coletadas as amostras. Esses locais estão atualmente

bastante afetados por erosões, conforme pode ser visto nas Figuras 5.2 e 5.3.

ErCe 1 ErCe 2

Figura 5.1 – Mapa com os locais onde foram coletadas as amostras em Ceilândia/DF (indicados com as setas).

Figura 5.2 - Vista da Erosão ErCe 1.

68

Figura 5.3 - Vista da Erosão ErCe 2.

Na primeira erosão citada, as coletas das amostras foram executadas nas

profundidades de 1, 2, 3, 4, e 5 metros no próprio talude de erosão. Na segunda erosão

mencionada coletaram-se amostras a 8 m de profundidade no talvegue da erosão. Entretanto,

esta erosão apresentava um perfil geotécnico com três horizontes distintos. Optou-se então

por coletar a essa profundidade por se tratar de um solo que apresentava características tácteis

visuais distintas dos outros materiais coletados em outras áreas.

Para efeito de identificação, as amostras da erosão situada entre os quilômetros 6 e 7

foram identificadas como ErCe 1 (Erosão de Ceilândia 1) e as amostras da erosão situada

entre os quilômetros 10 e 11 foram identificadas como ErCe 2 (Erosão de Ceilândia 2).

A metodologia utilizada para a coleta dessas amostras seguiu os procedimentos

recomendados pela ABNT/NBR 9.604/1986 para retirada de amostras.

5.3. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DOS SOLOS ESTUDADOS

Para a análise granulométrica, primeiramente foram executados os ensaios dos solos

por peneiramento e sedimentação com a utilização de defloculante. Posteriormente,

executaram-se ensaios no granulômetro a laser com e sem a aplicação do dispositivo

ultrasom.

Para os ensaios com ultra-som, aplicou-se durante 30 segundos esse dispositivo que

provoca a dispersão das partículas, variando-se o tempo de agitação da mistura solo-água para

que se chegasse ao tempo que não indicasse mais variação considerável na granulometria dos

69

solos.

Cada solo apresentou um tempo diferente de agitação. O solo denominado ErCe 2 foi

o que apresentou o maior intervalo para mistura, com tempo aproximado de 200 segundos. O

do solo denominado ErCe 1 ficou em aproximadamente 140 segundos e o do ErAn (Erosão de

Anápolis) ficou com tempo aproximado de 120 segundos. Esses tempos foram também

utilizados quando da execução sem a utilização do ultrasom e mostraram também que não

provocariam variações consideráveis nas granulometrias.

A Figura 5.4 mostra as curvas granulométricas da mistura resultante, em quantidades

de solos iguais, para o ErCe 1 e a Figura 5.5 mostra a distribuição granulométrica para o solo

ErCe 2.

Granulometria (ErCe 1)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa

Sedimentação com defloculante

Granulômetro com ultrasom

Granulômetro sem ultrasom

Figura 5.4 - Distribuição granulométrica do solo coletado na erosão 1 de Ceilândia (ErCe 1).

Granulometria (ErCe 2)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa

Sedimentação com defloculanteGranulômetro com ultrasomGranulômetro sem ultrasom

Figura 5.5 - Distribuição granulométrica do solo coletado na erosão 2 de Ceilândia (ErCe 2).

70

Para a execução das análises granulométricas das amostras coletadas, procurou-se

similaridade com as condições dos ensaios de filtração, ou seja, as amostras foram colocadas

em repouso por 24 horas somente com água, sem adição de defloculante, e após esse período,

colocava-se para agitação no granulômetro e procedia-se aos ensaios para determinação das

características granulométricas das amostras.

5.3.1 SOLO DA EROSÃO DE ANÁPOLIS

A escolha dessa erosão surgiu do contato da prefeitura de Anápolis com o Programa

de Pós-Graduação em Geotecnia da UnB para uma parceria entre os profissionais desses

órgãos para diagnósticos das erosões naquela Cidade. Após a visita a essa cidade, verificou-se

que as erosões estavam em processo acelerado de desenvolvimento, e uma das erosões

visitadas apresentava grande produção de sedimentos.

Com a realização dessa visita, decidiu-se trabalhar com essa erosão, por não ser de

grandes proporções e apresentar produção considerável de sedimentos em suas cabeceiras. A

partir daí coletaram-se amostras deformadas e indeformadas, no próprio talude da erosão,

para determinação de propriedades físicas em laboratório. O local escolhido estava bastante

afetado pela erosão, conforme pode ser visto na Figura 5.6. Para efeito de identificação essa

erosão foi denominada de ErAn.

Figura 5.6 - Vista da erosão de Anápolis.

71

A Figura 5.7 mostra a distribuição granulométrica do solo ErAn e, para efeito de

comparação a Figura 5.8 mostra todas as curvas granulométricas obtidas pelo granulômetro

sem ultrasom. As principais propriedades físicas desses solos estão apresentadas na Tabela

5.1, bem como os valores correspondentes a granulometria no granulômetro sem ultrasom.

Granulometria (ErAn)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa

Sedimentação com defloculante

Granulômetro com ultrasom

Granulômetro sem ultrasom

Figura 5.7 - Distribuição granulométrica do solo coletado na erosão de Anápolis (ErAn).

Granulometria (Comparação)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa

ErCe 1 - Granulômetro sem ultrasomErCe 2 - Granulômetro sem ultrasomErAn - Granulômetro sem ultrasom

Figura 5.8 - Comparação entre as granulometrias, pelo granulômetro sem ultrasom, dos solos

utilizados.

72

Tabela 5.1 - Quadro resumo das principais propriedades físicas dos solos estudados.

73

5.3.2 GEOTÊXTEIS UTILIZADOS

Os geotêxteis utilizados nesta pesquisa foram: Véu de Poliéster VP-75, Bidim OP-15,

Bidim OP-30 e Bidim OP-60. São geotêxteis não-tecidos agulhados, de filamentos contínuos

100% poliéster, fornecidos pela BIDIM-BBA (São Paulo/SP), distribuído em Brasília (DF),

pela Prodesivo - Indústria e Comércio Ltda. Alguns destes geotêxteis são comumente

utilizados em obras geotécnicas no país. Já os véus de poliéster são, em geral, utilizados na

confecção de revestimentos de calçados. Nesta pesquisa procurou-se verificar a aplicabilidade

e desempenho dos geotêxteis de baixa gramatura a problemas de controle de erosão devido

aos seus menores custos para correção de processos erosivos. Daí a utilização de geotêxteis

de baixa gramatura e, particularmente, do Véu de Poliéster VP-75 e o OP-15.

Atualmente, esses geotêxteis estão sendo comercializados em função da resistência

mecânica à tração, e não mais em função da gramatura como adotado por muito tempo.

A Tabela 5.2 apresenta as principais características dos geotêxteis estudados,

conforme dados fornecidos pelo fabricante em catálogos demonstrativos de produtos.

Os valores encontrados para a abertura de filtração dos geotêxteis, conforme ensaios

realizados em laboratório foram: 155 µm para o VP-75; 131 µm para o OP-15; 121 µm para o

OP-30 e 74 µm para o OP-60, valores esses dentro de uma faixa aceitável se comparados com

os apresentados pelo fabricante nos catálogos dos produtos.

As Figuras 5.9 (a), (b), (c) e (d) apresentam as granulometrias das esferas de vidro

passantes pelos geotêxteis utilizados nesta pesquisa para a determinação da abertura de

filtração.

Quanto à determinação da espessura dos geotêxteis, verificou-se quase nenhuma

diferença em relação aos valores apresentados pelo fabricante, adotando-se assim, para a

determinação da permissividade, os valores do fabricante.

74

Tabela 5.2 - Características dos Geotêxteis Utilizado

75

Granulomet r ia das esf eras passant es pelo V P- 75

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1D iâmet ro ( mm)

VP-75

Granulo met ria d as esf eras passant es p elo OP- 15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1D iâmet ro ( mm)

OP-15

(a) Passante pelo VP-75. (b) Passante pelo OP-15.

Granulo met ria d as esf eras p assant es p elo OP- 3 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1D iâmet ro ( mm)

OP-30

Granulometria das esferas passantes pelo OP-60

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1Diâmetro (mm)

OP-60

(c) Passante pelo OP-30. (d) Passante pelo OP-60.

Figura 5.9 - granulometrias das esferas de vidro passantes pelos geotêxteis para a determinação da abertura de filtração.

5.3.3 ÁGUA UTILIZADA

Conforme citado no Capítulo 4, houve a necessidade de se substituir a água destilada

pela água fornecida pela rede pública, em função da quantidade que era requerida para cada

ensaio.

Para a utilização da água da rede pública, antes de se armazenar a água que seria

utilizada em cada ensaio, abria-se a torneira por um período aproximado de 5 minutos para

que houvesse uma “lavagem dos encanamentos” e conseqüentemente remoção de eventuais

resíduos sólidos aderidos aos mesmos que pudesse influenciar nos resultados dos ensaios.

Na Tabela 5.3, a seguir, encontram-se valores médios da quantidade de sólidos

contidos por litro de água e o pH de diversos ensaios realizados nas águas destiladas e da

torneira utilizadas nos ensaios.

76

Tabela 5.3 - Características das águas.

Água Sólidos Totais (mg/l) pH Diretamente da torneira 3,0 7,60

Destilada 0,2 6,10

É importante ressaltar que geralmente o pH tem influência quanto à agregação das

partículas do solo. Pois, o pH ácido é favorável à agregação das partículas enquanto que o

meio básico à desagregação.

5.4. METODOLOGIAS UTILIZADAS NA REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS

A seguir descreve-se a determinação para escolha da vazão, seqüência de preparação

dos ensaios, bem como os procedimentos adotados após a sua execução.

5.4.1 DETERMINAÇÃO DA VAZÃO PARA EXECUÇÃO DOS ENSAIOS

Primeiramente foram executados 4 ensaios, um com cada geotêxtil, somente com água

proveniente da rede de abastecimento e armazenada para tal fim, na vazão de 250 cm3/s a fim

de se verificar o comportamento da altura da lâmina d’água dentro do canal. Posteriormente,

executaram-se 8 ensaios nessa mesma vazão, 4 com o geotêxtil virgem e 4 com o reuso desse

geotêxtil para o solo denominado ErCe 1.

Após a execução desses ensaios, verificou-se que se poderia trabalhar com uma vazão

maior em função do comportamento verificado para a vazão de 250 cm3/s.

Partiu-se, então, para uma situação de campo em que se poderia adotar uma chuva de

projeto de 100 mm/h incidindo numa área de 1 (um) hectare (=10.000 m2) escoando em

direção ao barramento, conforme apresentado na Figura 5.10.

100 m

100

m

Escoamento em direção ao barramento

Figura 5.10 – Retângulo considerado para o escoamento com área igual a 10.000 m2.

77

A Equação 5.1 abaixo é geralmente utilizada para determinação de volume de água em

escoamentos. A partir do valor encontrado por esta equação, trabalhou-se com uma vazão de

modo a conciliar o volume disponível da mistura, com o canal do equipamento em função do

tempo. Q = C . IP . A ................................................................................................................... (5.1)

Onde: Q = Vazão de escoamento;

C = Coeficiente de escoamento;

IP = Chuva de projeto;

A = Área superficial. a) Situação Similar a de Campo

a.1) Valores adotados

C = 1 (para superfícies impermeáveis);

IP = 100 mm/h;

A = 10.000 m2;

Q = C . IP . A = (1) . (0,100 m/h) . (10.000 m2) = 1.000 m3/h.

Q = 277.777,78 cm3/s. Dividindo-se esse valor pela faixa de escoamento que é igual a

100 metros, tem-se:

Q = (27,77 cm3/s)/cm. b) Situação para o canal do simulador hidráulico

Para uma vazão de 1.000 cm3/s numa faixa de escoamento de 40 cm, que é a largura

do canal, tem-se:

Q = (1.000 cm3/s)/40 cm

Q = (25 cm3/s)/cm (Valor aproximado p/ a situação de campo). Com isso, executaram-se 4 ensaios, somente com água, na vazão de 1.000 cm3/s.

Seqüencialmente, mais 24 ensaios na vazão de 1.000 cm3/s, sendo:

a) 8 ensaios com o solo ErCe 1 (4 com o geotêxtil virgem e 4 com reuso do geotêxtil);

b) 8 ensaios com o solo ErCe 2 (4 com o geotêxtil virgem e 4 com reuso do

geotêxtil);

c) 8 ensaios com o solo ErAn (4 com o geotêxtil virgem e 4 com reuso do geotêxtil).

Com isso, realizam-se um total de 40 ensaios no simulador hidráulico para verificação

78

de geotêxteis em obras de controle de erosões, utilizando-se geotêxteis em barramentos

transversais ao sentido do fluxo.

5.4.2 ENSAIOS NO SIMULADOR HIDRÁULICO

Conforme visto, o objetivo principal de se utilizar esse equipamento foi o de verificar

o comportamento de geotêxteis como filtros em obras de controle de erosões.

Foram executados ensaios com vazões de 250 cm3/s e 1000 cm3/s e a seguir

descrevem-se os ensaios para 1000 cm3/s que são semelhantes aos realizados para 250 cm3/s,

mudando-se apenas a vazão e o tempo final de cada ensaio.

Na preparação do equipamento primeiramente fazia-se a calibração para um fluxo de

1.000 cm3/s de descarga somente com água. Após isso, instalava-se a barreira

transversalmente ao canal de modo que ela ficasse 2,0 m distante do lançamento do

direcionador de fluxo, ficando o canal com um comprimento útil de 254 cm. A barreira era

composta de uma armação metálica com travamento para se minimizar o embarrigamento do

geotêxtil, geotela para suporte e o geotêxtil a ser ensaiado. Colocava-se a geotela sobre a

armação metálica e posteriormente acomodava-se o geotêxtil sobre a geotela, e na seqüência

se colocava a armação final (suporte metálico) e prensava-se o sistema com parafusos ao

longo das bordas, conforme mostram as Figuras 5.11 e 5.12.

79

Figura 5.11 – Armação metálica e geotela. À esquerda, a armação de travamento.

Figura 5.12 – Detalhe de um barramento para utilização nos ensaios.

O barramento era conduzido ao canal e colocado na vertical. Executava-se uma

completa impermeabilização das bordas do barramento com as paredes e o fundo do canal

utilizando-se silicone, de modo a garantir que o fluxo fosse exclusivamente através do

geotêxtil quando da execução do ensaio.

Na preparação dos solos, depois de coletados em campo, colocava-se para secar ao ar

até a sua umidade higroscópica. Procedia-se, então, ao destorroamento e posterior

peneiramento em malha nº 10 (abertura = 2 mm). A parte retida era desprezada e a passante

acondicionada em sacos plásticos para que não sofresse modificação em sua umidade.

Tomava-se então esse solo e o adicionava nos reservatórios contendo água, de modo

que a concentração final ficasse em 10 gramas de solo por cada litro de água. Ligava-se o

sistema de mistura por um período de 10 minutos para a homogeneização da mistura. Após

esse período, deixava-se a mistura em repouso por 24 horas para a seguir proceder à

realização do ensaio. A concentração de 10 gramas de solo por cada litro de água se justifica

pela coleta de material (água + solo) na erosão de Anápolis (ErAn) durante uma chuva, em

que o material coletado indicou uma concentração próxima de 12 gramas de solo por litro

d’água. É certo que esta concentração deve variar de local para local em função de fatores

80

como o tipo de solo, quantidade de água, intensidade e duração das chuvas.

No dia seguinte, decorridas as 24 horas, ligava-se novamente o sistema de mistura e o

deixava por 10 minutos para homogeneização antes do início do ensaio. Após esse tempo,

abria-se o sistema de descarga, acionava-se o cronômetro nesse exato momento e media-se a

altura da lâmina da mistura dentro do canal a cada 20 segundos até atingir 10 minutos, lendo-

se depois de minuto em minuto até aos 20 minutos. Posteriormente, faziam-se as leituras aos

25 e 30 minutos. Durante o ensaio, coletava-se uma certa quantidade da mistura na face de

jusante do geotêxtil aos 10, 20 e aos 30 minutos ou ao final dos ensaios em casos específicos.

A Figura 5.13 mostra o sistema de descarga do material no canal e na Figura 5.14

mostra-se a leitura da altura de material no canal sendo feita.

Em alguns ensaios, costumava-se verificar a granulometria e a concentração do

material, tanto na saída do sistema de descarga como na face de montante do barramento.

Para a coleta na saída do sistema de descarga, esta era realizada diretamente em sacos

plásticos. Já para a coleta na face de montante do barramento, montou-se um sistema de

forma que não se provocasse perturbações no fluxo que pudessem alterar os resultados dos

ensaios. Esse sistema é composto de hastes em acrílico e um recipiente de vidro com tampa.

Para a coleta, mergulhava-se o recipiente de vidro até aproximadamente à metade da altura da

lâmina da mistura no canal e abria-se lentamente a tampa do recipiente com o auxílio da

haste, deixando-se encher o recipiente. A seguir o recipiente era tampado e retirado para os

ensaios de interesse (granulometria e sólidos totais).

A Figura 5.15 mostra a coleta de material para análise granulométrica e sólidos totais

do material na face de montante do geotêxtil para verificação da mistura que chegava ao

barramento.

Com o término dos procedimentos anteriormente descritos estava finalizado o ensaio,

com duração de 30 minutos, e um consumo aproximado de 1.800 litros de água e 18 kg de

solo por ensaio.

81

Figura 5.13 - Sistema de descarga da mistura no canal.

82

Figura 5.14 - Leitura da altura de material a montante do barramento.

Figura 5.15 - Coleta de material na face de montante para análise granulométrica e sólidos

totais.

5.4.2.1 ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DE SÓLIDOS TOTAIS

Da água coletada em cada estágio do ensaio descrito acima, tirava-se

aproximadamente 500 ml para o ensaio de sólidos totais. Este ensaio teve como objetivo a

determinação da quantidade de sólidos contidos na água que atravessava o geotêxtil. O

método utilizado foi o da determinação gravimétrica e o ensaio foi realizado no laboratório do

Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos da Universidade de Brasília. Neste

método, os cadinhos de porcelana são lavados com água destilada e secados em estufa a 105

ºC. Após a secagem são transferidos para o dessecador, onde repousam por um período de

aproximadamente 2 horas. Em seguida são pesados, identificados e acrescidos de 100 ml da

amostra de água homogeneizada a ser ensaiada. A seguir, coloca-se a mistura na estufa por 24

horas e após esse tempo os cadinhos são retirados e transferidos para o dessecador, e deixados

esfriar até a temperatura ambiente e pesados.

Repete-se o ciclo de pesagem até se chegar a um peso constante ou até que a perda de

peso seja menor do que 4% em relação à pesagem anterior ou menor do que 0,5 mg, o que for

83

menor.

A quantidade de sólidos contida em 1.000 ml de água é obtida pela expressão abaixo:

( )V

x1000B-A = litro totais/ sólidos de mg ........................................................................... (5.1)

Onde: A = peso do cadinho mais resíduo (mg);

B = peso do cadinho (mg);

V = volume de amostra utilizado (ml).

Para esta análise foi necessária a utilização de uma balança com precisão de décimo

de milésimos de gramas, devidas pequenas quantidades de sólidos envolvidas.

A Figura 5.16 mostra os recipientes com a mistura coletada durante os ensaios de

filtração para execução de ensaio de sólidos totais com o solo ErCe 2.

Figura 5.16 - Execução dos ensaios de sólidos totais.

5.4.3 ENSAIOS DE PERMEABILIDADE COM GEOTÊXTEIS APÓS OS ENSAIOS

DE FILTRAÇÃO

84

A fim de se estimar a permeabilidade dos geotêxteis após os ensaios de filtração,

retirava-se cuidadosamente a amostra de geotêxtil ensaiada e deixava-se secar ao ar. Após a

secagem, cortava-se uma amostra do geotêxtil na metade da altura atingida pela lâmina da

mistura quando da realização do ensaio de filtração. A seguir, tornava-se a saturar a amostra

com água destilada para determinação da permeabilidade. A permeabilidade era medida no

equipamento desenvolvido por Gardoni (1995) para determinação da permeabilidade de

geotêxteis, conforme mostra a Figura 5.17.

Esse equipamento é composto de uma caixa plástica com capacidade aproximada de

30 litros, um galão com capacidade para 20 litros, um permeâmetro e uma pequena bomba,

geralmente utilizada em aquário, com capacidade para 636 litros/hora.

O permeâmetro foi confeccionado com peças de PVC, consistindo de tubo de 50 mm

de diâmetro ligado ao final de três reduções de 76 mm x 51 mm, 102 mm x 76 mm e 102 mm,

formando uma espécie de funil. Na última peça é anexado um niple de 25 mm para saída do

excesso de água, funcionando como um ladrão, mantendo constante o nível do permeâmetro.

Na base do tubo é colocada uma luva conectada a uma peça de igual diâmetro e com 50 mm

de altura, utilizada para prender a amostra de geotêxtil, que é acondicionada com o auxílio de

dois anéis de borracha. A vedação entre a parede do permeâmetro e a amostra é feita com

borracha de silicone. Na parede externa da luva, são fixados três parafusos, com rosca de 10

mm, que permitem ajustar a altura de carga durante o ensaio.

O permeâmetro é colocado dentro do galão, que recebe a água que passa pelo

permeâmetro e pela amostra de geotêxtil. Este galão é colocado dentro da caixa plástica que

recebe a água que sai do galão pelo ladrão na parte superior de sua parede. O excesso de água

que sai do permeâmetro é recebido pela caixa plástica e bombeado novamente para o

permeâmetro através da pequena bomba instalada em seu interior, formando assim um

circuito fechado. A carga hidráulica é definida pela diferença entre os níveis de água do

permeâmetro e do galão, medidos com o auxílio de um paquímetro.

A determinação da permeabilidade do geotêxtil com o solo eventualmente retido em

seu interior era feita aplicando-se ao sistema uma baixa vazão, sob perda de carga pequena

para que não ocorresse grande fuga das partículas do interior do geotêxtil, o que poderia

comprometer a permeabilidade real do geotêxtil impregnado.

85

Figura 5.17 - Equipamento para determinação da permeabilidade do geotêxtil (Gardoni, 1995).

5.4.4 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DAS PARTÍCULAS PASSANTES PELO

GEOTÊXTIL DURANTE OS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO

O material retido, água mais solo, coletado tanto a montante quanto a jusante do

barramento era destinado à análise granulométrica das partículas que chegavam no

barramento e que passavam pelo geotêxtil. Essas análises foram feitas com o granulômetro a

laser comentado no capítulo anterior. Ele permitiu a determinação da curva granulométrica,

conseqüentemente, os diâmetros destas partículas durante o ensaio.

Para a execução desses ensaios utilizou-se o tempo de agitação encontrado quando da

calibração do granulômetro comentado no Item 5.3, onde cada amostra apresentou um tempo

diferente. Para o solo ErCe 1 o tempo foi de 140 segundos, para o solo ErCe 2 foi de 200

segundos e para o solo ErAn foi de 120 segundos.

86

6. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS

REALIZADOS NO SIMULADOR HIDRÁULICO PARA ANÁLISE DE

GEOTÊXTEIS COMO BARREIRAS DE SEDIMENTOS

6.1 INTRODUÇÃO

Neste capítulo são apresentados os ensaios executados no simulador hidráulico para

análise de geotêxteis como filtros em obras de controle de erosões. Na seqüência, apresentam-

se, os ensaios auxiliares, tais como: granulometria das partículas passantes pelos geotêxteis

durante a execução dos ensaios de filtração, teor de sólidos totais e permeabilidade dos

geotêxteis após os experimentos.

6.2 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Conforme visto no Capítulo 5, foram executados um total de 40 ensaios no simulador

hidráulico. Com isso, inicialmente, os resultados dos ensaios de filtração são apresentados em

forma gráfica, com a vazão por unidade de área versus tempo para cada ensaio executado.

A vazão a que se refere, é a vazão total de material que atravessa o geotêxtil, já a área

é a correspondente à largura do canal (0,40 cm) multiplicada pela altura da lâmina de material

na face de montante do barramento instalado transversalmente no canal. Essa altura é a

mesma no canal de montante.

O uso da relação vazão/ unidade de área se justifica pela facilidade de interpretação

dos resultados, já que não requer a necessidade do conhecimento da área em que o fluxo

atravessa e sim o comportamento desse fluxo para cada geotêxtil durante o ensaio. Em

seguida são feitas observações, análises e discussões dos resultados obtidos.

É importante ressaltar que, embora a plotagem do gráfico seja na forma citada acima,

sabe-se que a vazão passante pelo geotêxtil tem como principais variáveis condicionantes o

tipo e a quantidade de solo na mistura.

São apresentados também gráficos com a denominação de permissividade modificada.

Adotou-se essa denominação para chamar a atenção em relação à permissividade

propriamente dita, conforme apresentada no Capítulo 2 – Item 2.5.3. Isso se deve ao fato de o

fluxo não atravessar em sua totalidade de forma perpendicular ao geotêxtil. Entretanto,

embora se tenha adotado a denominação de permissividade modificada, o cálculo foi

realizado simplesmente dividindo-se a permeabilidade (velocidade de fluxo através do

87

geotêxtil) pela espessura do geotêxtil, em função da dificuldade para determinação das

parcelas das vazões correspondentes à permissividade e à transmissividade, conforme

mostrada no Capítulo 2.

Com relação ao acúmulo de material no canal, apresentam-se na Figura 6.1 duas retas

mostrando as alturas das lâminas da mistura no canal de montante caso o barramento fosse

cego, não permitindo passagem de material pelo geotêxtil para as duas vazões trabalhadas, ou

seja, 250 e 1.000 cm3/s. Na Tabela 6.1 mostra-se os valores das alturas correspondentes, nessa

figura, para os tempos de 20 s, 40 s, 60 s, 2 min, 5 min, 10 min, 15 min, 20 min, 30 min, 40

min, 50 min e 60 min.

Altura da lâmina caso não passasse material pelo geotêxtil

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

Tempo (s)

Altu

ra (c

m)

Altura para 250 cm3/s

Altura para 1000 cm3/s

Figura 6.1 – Altura da mistura no canal de montante caso o barramento fosse cego.

Tabela 6.1 – Valores de altura da mistura no canal de montante caso o barramento fosse cego.

Vazão Tempo 20 s 40 s 60 s 2 min

5 min

10 min

15 min

20 min

25 min

30 min

40 min

50 min

60 min

250 cm3/s Altura (cm) 0,49 0,98 1,48 3,44 7,4 14,8 22,2 29,5 36,9 44,3 59,1 73,8 88,6

1000 cm3/s Altura (cm) 1,97 3,94 5,9 11,8 29,5 59,1 88,6 118,1 147,6 177,2 236,2 295,3 354,3

6.3 ENSAIOS EXECUTADOS COM ÁGUA NO SISTEMA CONTENDO UM

BARRAMENTO

As Figuras 6.2 a 6.4 mostram os resultados obtidos somente com água utilizando-se

apenas um barramento com a vazão de 250 cm3/s e nas Figuras 6.5 a 6.7 estão os resultados

para a vazão de 1.000 cm3/s.

As Figuras 6.2 e 6.5 mostram a velocidade média (vazão/área) do fluxo pelos

geotêxteis nas vazões de 250 e 1.000 cm3/s, respectivamente. Já nas Figuras 6.3 e 6.6 são

88

apresentados os gráficos com as alturas das lâminas da mistura formada à montante do

barramento. E nas Figuras 6.4 e 6.7 são apresentados os valores das permissividades nos

geotêxteis ao longo dos ensaios.

Pode-se observar nas Figuras 6.2 a 6.7 que em todos os ensaios verificou-se um

comportamento único para vazão/área, altura da lâmina d’água e permissividade, ou seja, com

a ocorrência de uma variação durante um determinado período do ensaio e uma certa

estabilização a partir de um intervalo de tempo para cada tipo de geotêxtil.

Na Tabela 6.2 apresentam-se as variações das velocidades do fluxo d’água pelo

geotêxtil no decorrer do ensaio. Não foi possível a execução dos ensaios até aos 60 minutos

para as vazões de 1.000 cm3/s, sendo possível apenas para os ensaios com vazão de 250

cm3/s. Por isso, para as vazões de 1.000 cm3/s aparecem somente valores até aos 30 minutos

(=1800 segundos).

Os valores das velocidades máximas dos fluxos pelos geotêxteis VP-75, OP-15, OP-

30 e OP-60 para vazão de 250 cm3/s foram de 1,88; 1,07; 0,93 e 0,62 cm/s, respectivamente.

Já para a vazão de 1.000 cm3/s, aos 30 minutos, foram de 4,78; 3,16; 3,14 e 2,07 cm/s para os

geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60, respectivamente.

As alturas finais para a vazão de 250 cm3/s, aos 60 minutos, para os geotêxteis VP-75,

OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 5,6; 6,4; 7,8 e 12,5 cm, respectivamente. Já para a vazão de

1.000 cm3/s os valores das alturas, aos 30 minutos, foram de 6,0; 11,0; 9,0 e 13,5 cm para os

geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60. Esses valores representam acréscimos de 7%, 42%,

13% e 7% em relação aos valores obtidos para a vazão de 250 cm3/s, respectivamente.

Os valores referentes às permissividades se mostraram bastantes altos em relação aos

costumeiramente obtidos para os geotêxteis desta pesquisa, principalmente para os geotêxteis

VP-75 e OP-15, cujos valores máximos foram de 23,5 e 11,59 s-1, respectivamente. Para os

geotêxteis OP-30 e OP-60 os valores encontrados foram de 3,58 e 1,38 s-1, conforme mostram

as Figuras 6.4 para a vazão de 250 cm3/s.

Para a vazão de 1.000 cm3/s os valores máximos de permissividade encontrados foram

de 59,70 (VP-75); 21,10 (OP-15); 12,09 (OP-30) e 4,60 s-1 (OP-60), conforme mostra a

Figura 6.7.

Uma relação importante de ser observada é quanto ao início da inclinação dos gráficos

obtidos das alturas medidas no canal de montante. Quando a vazão foi de 250 cm3/s a

inclinação mostrou um ângulo médio de 1,520, e 5,140 quando a vazão foi de 1.000 cm3/s, ou

seja, uma relação aproximada de 3,38 quando a vazão foi multiplicada por 4.

89

Desempenho dos geotêxteis só com água (250 cm3/s)

0,001

0,010

0,100

1,000

10,000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600Tempo (s)

Vazã

o/ár

ea (c

m3 .

s-1 /c

m2)

VP-75OP-15OP-30OP-60

Figura 6.2 – Desempenho dos geotêxteis só com água na vazão de 250 cm3/s.

Altura da lâmina d'água no canal (250 cm3/s)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.3 – Altura da lâmina d’água no canal na vazão de 250 cm3/s.

90

Perm. modificada no geotêxtil só água (s-1) - 250 cm3/s

0,10

1,00

10,00

100,00

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)


Figura 6.4 – Permissividade nos geotêxteis só com água na vazão de 250 cm3/s.

Desempenho dos geotêxteis só com água (1000 cm3/s)

0,01

0,10

1,00

10,00

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Vazã

o/ár

ea (c

m3 .

s-1 /c

m2 )


Figura 6.5 – Desempenho dos geotêxteis só com água na vazão de 1.000 cm3/s.

Altura da lâmina d'água no canal (1000 cm3/s)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.6 – Altura da lâmina d’água no canal na vazão de 1.000 cm3/s.

91

Perm. modificada no geotêxtil só água (s-1) - 1000 cm3/s

0,1

1,0

10,0

100,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)

VP-75

OP-15

OP-30

OP-60

Figura 6.7 – Permissividade nos geotêxteis só com água na vazão de 1.000 cm3/s.

Tabela 6.2 - Resultados de velocidade, altura da lâmina d'água e permissividade modificada

para cada ensaio executado somente com água.

92

6.4 RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ErCe 1 COM VAZÃO DE 250 CM3/S

As Figuras 6.8 a 6.10 mostram os resultados obtidos para misturas com o solo ErCe 1,

utilizando-se apenas um barramento, para a vazão de 250 cm3/s com os geotêxteis virgens e

nas Figuras 6.11 a 6.13 mostram os resultados para a mesma vazão reutilizando-se o geotêxtil.

As Figuras 6.8 e 6.11 mostram a velocidade (vazão/área) do fluxo pelos geotêxteis. Já

nas Figuras 6.9 e 6.12 são apresentados os gráficos com as alturas da mistura formada à

montante do barramento. E nas Figuras 6.10 e 6.13 são apresentados os valores das

permissividade nos geotêxteis ao longo dos ensaios.

Novamente, pode-se observar nas Figuras 6.8 a 6.13 que em todos os ensaios

verificou-se um comportamento único para vazão/área, altura da lâmina d’água e

permissividade, ou seja, com a ocorrência de uma variação durante um período do ensaio e

uma certa estabilização a partir de um determinado intervalo de tempo para cada tipo de

geotêxtil utilizado. Este comportamento também foi verificado para os demais ensaios

executados, tanto na vazão de 250 quanto na de 1.000 cm3/s.

Na Tabela 6.3 apresentam-se as variações das velocidades de fluxo pelo geotêxtil,

altura da mistura e permissividade no decorrer dos ensaios.

6.4.1 RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 250 CM3/S

As principais observações e conclusões para os ensaios executados com o solo ErCe 1

na vazão de 250 cm3/s para os geotêxteis virgens foram:

a) O comportamento dos quatross geotêxteis analisados, quanto à passagem de

material mostrou-se semelhante, ou seja, verificou-se passagem de solo pelos geotêxteis

durante todo o ensaio, com maior destaque para o geotêxtil VP-75, devido a maior abertura de

filtração e menor espessura que este geotêxtil apresenta, e menor quantidade para o geotêxtil

OP-60, devido a sua menor abertura de filtração e maior espessura. Essa passagem de solo

pelo geotêxtil diminuía, ao longo do ensaio, em função da formação de uma pequena camada

de solo na face de montante do geotêxtil, funcionando assim, como um filtro natural à

passagem de material;

b) Para os quatross geotêxteis, verificou-se a ocorrência de um período inicial de

fluxo zero pelo geotêxtil até sua saturação. Após um determinado valor de saturação ocorria

um considerável aumento na velocidade para uma posterior diminuição com o andamento do

ensaio;

93

c) Para os ensaios com solo ErCe 1 e os geotêxteis virgens VP-75, OP-15, OP-30

e OP-60 na vazão de 250 cm3/s, verificou-se que não houve passagem de material até aos 160,

280, 260 e 320 segundos, respectivamente. Logo após isso, nos tempos de 180, 300, 280 e

340 segundos, as velocidades pelos geotêxteis foram de 0,76 cm/s, 0,50 cm/s, 0,36 cm/s e

0,07 cm/s, respectivamente. Essas velocidades aumentaram durante os ensaios até 0,98 cm/s,

0,85 cm/s, 0,93 cm/s e 0,32 cm/s, vindo aos 60 minutos a ficar em 0,67 cm/s, 0,38 cm/s, 0,21

cm/s e 0,13 cm/s, conforme mostra a Tabela 6.3, indicando redução aproximada de 69%,

45%, 25% e 41% em relação aos picos de velocidades atingidos durante os ensaios;

d) Os valores das velocidades nos quatross geotêxteis virgens ficaram entre 0,30

cm/s (OP-60) e 0,97 cm/s (VP-75) aos 10 minutos, entre 0,21 cm/s (OP-60) e 0,71 cm/s (VP-

75) aos 20 minutos e aos 30 minutos entre 0,23 (OP-60) e 0,71 cm/s (VP-75), conforme

mostra a Tabela 6.3. A velocidade final do fluxo pelos geotêxteis para os quatross ensaios,

aos 60 minutos ficou entre 0,13 cm/s (OP-60) e 0,67 cm/s (VP-75), indicando que os

geotêxteis mais leves e mais econômicos, em termos de drenagem, têm um desempenho

melhor em relação aos mais pesados e mais caros;

e) Os valores das alturas da lâmina de material acumulados aos 10 minutos para

os geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 6,5 cm, 7,9 cm, 7,9 cm e 12,5 cm,

respectivamente. Aos 20 minutos foram de 7,6 cm, 8,8 cm, 11,1 cm e 19,4 cm. Aos 30

minutos foram 8,5 cm para o geotêxtil VP-75; 10,7 cm para o OP-15; 14,3 cm para o OP-30 e

23,1 para o OP-60. As alturas finais, aos 60 minutos, foram 9,4 cm para o VP-75; 15,4 para o

OP-15; 24,0 para o OP-30 e 34,5 cm para o OP-60;

f) Em relação à permissividade, verificou-se que os valores encontrados estão

bastantes elevados se comparados aos encontrados quando da realização dos ensaios

executados de acordo com a Norma AFNOR G 38016, isso provavelmente se deve ao fato da

diferença de procedimentos nos ensaios e da combinação de fluxo que há quando da

passagem pelo geotêxtil, conforme apresentado no Capítulo 2 (Item 2.5.3). Os valores

oscilaram entre 12,1 para o geotêxtil VP-75 e 0,29 para o geotêxtil OP-60. Geralmente os

valores de permissividade para os geotêxteis em questão, executados com água destilada,

encontram-se próximo de 5 (VP-75); 2,6 (OP-15); 1,5 (OP-30) e 0,9 (OP-60);

94

Desempenho dos geotêxteis p/ o solo ErCe 1 (250 cm3/s)

0,01

0,10

1,00

10,00

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600Tempo (s)

Vazã

o/Á

rea

(cm

3 .s-1/c

m2 )


Figura 6.8 – Desempenho dos geotêxteis virgens p/ solo ErCe 1 na vazão de 250 cm3/s.

Altura da lâmina d'água no canal p/ o solo ErCe 1 (250 cm3/s)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.9 – Altura da lâmina da mistura no canal p/ solo ErCe 1 na vazão de 250 cm3/s.

Perm. modificada no geotêxtil virgem p/ o solo ErCe 1 (s-1)

0,10

1,00

10,00

100,00

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)


Figura 6.10 – Permissividade nos geotêxteis virgens p/ solo ErCe 1 na vazão de 250 cm3/s.

95

6.4.2 RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS COM REUSO NA VAZÃO DE 250

CM3/S


na vazão de 250 cm3/s com reuso dos geotêxteis foram:

a) Com a formação da camada de solo na face do geotêxtil quando da execução dos

ensaios com os geotêxteis virgens, verificou-se considerável redução da passagem de solo

pelo geotêxtil até à altura da lâmina no ensaio anterior. Entretanto, após atingir essa altura, a

exemplo dos ensaios anteriores, o comportamento dos quatross geotêxteis analisados quanto à

passagem de material foi semelhante, ou seja, verificou-se passagem de solo pelos geotêxteis,

ainda que menor, devido a pequena sedimentação que ocorria com a mistura dentro do canal,

durante o ensaio, com maior destaque para o geotêxtil VP-75, devido a maior abertura de

filtração e menor espessura que este geotêxtil apresenta, e menor quantidade para o geotêxtil

OP-60 devido a sua menor abertura de filtração e maior espessura, conforme já comentado;

b) A exemplo dos ensaios com os geotêxteis virgens, para os quatros geotêxteis,

ocorreu um período inicial de fluxo zero pelo geotêxtil até a saturação da camada de solo a

montante do geotêxtil. Atingido esse valor de saturação, ocorria um considerável aumento na

velocidade para uma posterior diminuição com o andamento do ensaio. O aumento de

velocidade relacionado à saturação se explica pela expulsão do ar, dando passagem ao fluxo

de material pelo geotêxtil. Já a posterior diminuição, está relacionada à migração das

partículas de solo para o corpo do geotêxtil impedindo a passagem do fluxo;

c) Para os ensaios com solo ErCe 1 e o reuso dos geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e

OP-60 na vazão de 250 cm3/s, verificou-se que não houve passagem de material até aos 480,

420, 1.140 e 600 segundos, respectivamente. Logo após isso, nos tempos de 500, 440, 1.200 e



0,46 cm/s, 0,12 cm/s e 0,10 cm/s, vindo aos 60 minutos a ficar em 0,31 cm/s, 0,17 cm/s, 0,12

cm/s e 0,07 cm/s, conforme mostra a Tabela 6.3, indicando redução aproximada de 47%,


d) Os valores das velocidades nos quatross geotêxteis com reuso, ensaiados com o

solo ErCe 1 ficaram em 0,34 cm/s para o VP-75 e 0,41 cm/s para o OP-15 aos 10 minutos,

entre 0,03 e 0,37 cm/s aos 20 minutos e entre 0,08 a 0,34 cm/s aos 30 minutos, conforme

mostra a Tabela 6.3. A velocidade final de fluxo pelos geotêxteis para os quatros ensaios aos

96

60 minutos ficou entre 0,07 cm/s (OP-60) e 0,31 cm/s (VP-75), indicando também, conforme

visto anteriormente, que os geotêxteis mais leves e mais econômicos, em termos de drenagem,

têm um desempenho melhor em relação aos mais pesados e mais caros;

e) Os valores das alturas da lâmina de material acumulado aos 10 minutos para os

geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 13 cm; 12,1 cm; 14,7 cm e 14,7 cm,

respectivamente. Aos 20 minutos foram de 14,8 cm, 21 cm, 29 cm e 27,8 cm. Aos 30 minutos

foram 16,4 cm para o geotêxtil VP-75; 26 cm para o OP-15; 36,3 cm para o OP-30 e 37,5 para

o OP-60. As alturas finais, aos 60 minutos, foram 20,2 cm para o VP-75; 32,6 para o OP-15;

46,2 para o OP-30 e 53,5 cm para o OP-60, indicando acréscimo aproximado de 114%, 111%,

92% e 55% em relação às alturas quando dos ensaios utilizando os geotêxteis virgens. O

acréscimo acima de 100% se justifica basicamente por três motivos: o primeiro é em função

da fina camada de solo que se formava na face do geotêxtil; o segundo, é pela migração de

partículas para o interior do geotêxtil e o terceiro, é pelo acúmulo de solo no canal de

montante, quando da realização do primeiro ensaio, vindo a se misturar com o solo do

segundo ensaio, aumentando ainda mais a concentração da mistura utilizada no ensaio;

f) Em relação à permissividade, verificou-se que os valores encontrados, também,

estão bastantes elevados em relação aos obtidos em ensaios executados de acordo com a

Norma AFNOR G 38016. Os valores oscilaram entre 4,67 para o geotêxtil VP-75 e 0,03 para

o geotêxtil OP-60.

A seguir são mostradas as Figuras 6.11, 6.12, 6.13 referentes aos ensaios com reuso, e

a Tabela 6.3 referentes aos ensaios com o geotêxtil virgem e reuso.

97


0,01

0,10

1,00

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600Tempo (s)

Vazã

o/Á

rea

(cm

3 .s-1/c

m2 )


Figura 6.11 – Desempenho dos geotêxteis com reuso p/ solo ErCe 1 na vazão de 250 cm3/s.

Altura da lâmina d'água no canal p/ o solo ErCe 1 (250 cm3/s)

0

10

20

30

40

50

60

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.12 – Altura da lâmina da mistura no canal, c/ reuso, p/ solo ErCe 1- vazão de 250 cm3/s.

Perm. modificada no geotêxtil com reuso p/ o solo ErCe 1 (s-1)

0,01

0,10

1,00

10,00

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600Tempo (s)

Perm

. mod

if (s

-1)

VP-75

OP-15

OP-30OP-60

Figura 6.13 – Permissividade nos geotêxteis com reuso p/ solo ErCe 1 na vazão de 250 cm3/s.

98


para o solo ErCe 1 executado com vazão de 250 cm3/s.

99

6.5 RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ErCe 1 COM VAZÃO DE 1.000 CM3/S

As Figuras 6.14 a 6.16 mostram os resultados obtidos para misturas com o solo ErCe 1

para a vazão de 1.000 cm3/s com os geotêxteis virgens, e nas Figuras 6.17 a 6.19 estão

apresentados os resultados para a mesma vazão reutilizando-se o geotêxtil.

As Figuras 6.14 e 6.17 mostram a velocidade (vazão/área) do fluxo pelos geotêxteis.

Já nas Figuras 6.15 e 6.18 são apresentados os gráficos com as alturas das lâminas da mistura

formada à montante do barramento durante os ensaios. Nas Figuras 6.16 e 6.19 são

apresentados os valores das permissividades nos geotêxteis ao longo dos ensaios.

Pode-se observar, novamente que nas Figuras 6.14 a 6.19 em todos os ensaios

verificou-se um comportamento único para vazão/área, altura da lâmina d’água e

Permissividade, ou seja, com a ocorrência de uma variação durante um período inicial do

ensaio com pequenas variações após um determinado intervalo de tempo para cada tipo de

geotêxtil utilizado.

Uma das observações que podem ser feitas para os ensaios em que se utilizou a vazão

de 1.000 cm3/s é o comportamento um pouco diferenciado em relação aos ensaios executados

na vazão de 250 cm3/s, quando se verificaram maiores variações em termos de velocidades e

permissividades ao longo das execuções dos ensaios. Isso se deve às perturbações que

ocorriam no canal de montante em função da elevada vazão de trabalho que fazia com que

ocorressem essas variações.

Na Tabela 6.4 apresentam-se as variações das velocidades do fluxo pelo geotêxtil no

decorrer do ensaio, bem como as alturas correspondentes de material no canal de montante e

as suas respectivas permissividades.

6.5.1 RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 1.000

CM3/S


na vazão de 1.000 cm3/s para os geotêxteis virgens foram:

a) O comportamento dos quatros geotêxteis analisados, quanto à passagem de

material foi semelhante aos ensaios anteriores, ou seja, verificou-se passagem de solo pelos

geotêxteis durante todo o ensaio, com maior destaque para o geotêxtil VP-75, devido a maior

abertura de filtração e menor espessura que este geotêxtil apresenta, e menor quantidade para

100

o geotêxtil OP-60, devido a sua menor abertura de filtração e maior espessura. Essa passagem

de solo pelo geotêxtil diminuía, ao longo do ensaio, em função da formação de uma pequena

camada de solo na face de montante do geotêxtil conforme comentado anteriormente,

funcionando assim como um filtro natural à passagem de material;

b) Para os quatros geotêxteis, também ocorreu um período inicial de fluxo zero pelo

geotêxtil até sua saturação. Atingido um determinado valor de saturação, houve um

considerável aumento na velocidade para uma posterior diminuição com o andamento do

ensaio;

c) Para os ensaios com os geotêxteis virgens VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 na

vazão de 1.000 cm3/s, verificou-se que não houve passagem de material até aos 40, 80, 40 e

100 segundos, respectivamente. Logo após isso, nos tempos de 60, 100, 60 e 120 segundos, as

velocidades pelos geotêxteis foram de 0,21 cm/s, 0,19 cm/s, 0,94 cm/s e 0,08 cm/s,

respectivamente. Essas velocidades aumentaram durante os ensaios até 2,74 cm/s, 0,44 cm/s,

1,25 cm/s e 0,47 cm/s, vindo aos 30 minutos a ficar em 0,28 cm/s para o VP-75 e 0,23 cm/s

para o OP-15, aos 25 minutos em 0,17 cm/s para o OP-30 e aos 20 minutos em 0,10 cm/s para

o OP-60, conforme mostra a Tabela 6.4, indicando redução aproximada de 89%, 47%, 86% e

78% em relação aos picos de velocidades atingidos durante os ensaios;

d) Os valores das velocidades nos quatros geotêxteis virgens ensaiados com o

solo ErCe 1 para a vazão de 1.000 cm3/s ficaram entre 0,14 cm/s e 0,30 cm/s aos 10 minutos e

entre 0,10 e 0,32 cm/s aos 20 minutos, conforme mostra a Tabela 6.4;


os geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 40,5 cm, 40,7 cm, 44,1 cm e 43,9 cm,

respectivamente. Aos 20 minutos foram de 60,2 cm, 75,5 cm, 79,4 cm e 86,5 cm. Aos 30

minutos foram 72,7 cm para o geotêxtil VP-75 e 90,6 cm para o OP-15. As alturas finais para

os geotêxteis OP-30 e OP-60 foram 91,0 cm aos 25 minutos e 86,5 cm aos 20 minutos;

f) Em relação à permissividade, verificou-se que os valores encontrados para VP-

75 tenderam a 3,4 s-1 aos 30 minutos, 1,5 s-1 para o OP-15 aos 30 minutos, 0,6 s-1 para o OP-

30 aos 25 minutos e 0,22 s-1 aos 20 minutos para o OP-60.

101


0,01

0,1

1

10

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Vazã

o/Á

rea

(cm

3 .s-1/c

m2 )


Figura 6.14 – Desempenho dos geotêxteis virgens p/ solo ErCe 1 na vazão de 1.000 cm3/s.

Altura da lâmina d'água no canal p/ solo ErCe 1 (1000 cm3/s)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.15 – Altura da lâmina da mistura no canal p/ solo ErCe 1 na vazão de 1.000 cm3/s.

Perm. modificada no geotêxtil virgem p/ o solo ErCe 1 (s-1)

0,10

1,00

10,00

100,00

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)

VP-75

OP-15

OP-30

OP-60

Figura 6.16 – Permissividade nos geotêxteis virgens p/ solo ErCe 1 na vazão de 1.000 cm3/s.

102

6.5.2 RESULTADOS PARA GEOTÊXTEIS COM REUSO NA VAZÃO DE 1.000

CM3/S


na vazão de 1.000 cm3/s com reuso dos geotêxteis foram:

a) A exemplo do que ocorreu com os ensaios executados com o reuso do

geotêxtil na vazão de 250 cm3/s, a formação da camada de solo na superfície do geotêxtil

quando da execução dos ensaios com os geotêxteis virgens, conduziu a considerável redução

da passagem de solo pelo geotêxtil até à altura da lâmina no ensaio anterior. Entretanto, após

atingir essa altura, também, verificou-se passagem de solo pelos geotêxteis, ainda que menor,

devido a pequena sedimentação que ocorria com a mistura dentro do canal durante o ensaio,

com maior destaque para o geotêxtil VP-75, e menor quantidade para o geotêxtil OP-60

devido a sua menor abertura de filtração e maior espessura;

b) Como nos ensaios com os geotêxteis virgens, ocorreu um período inicial de fluxo

zero pelo geotêxtil até a saturação da camada de solo de montante e geotêxtil. Atingido esse

valor de saturação ocorria um considerável aumento na velocidade para uma posterior

diminuição com o andamento do ensaio;

c) Para os ensaios com o reuso dos geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 na

vazão de 1.000 cm3/s, verificou-se que não houve passagem de material até aos 300, 140, 100

e 220 segundos, respectivamente. Logo após isso, nos tempos de 320, 160, 120 e 240

segundos, as velocidades pelos geotêxteis foram de 0,07 cm/s; 0,06 cm/s; 0,08 cm/s e 0,32

cm/s, respectivamente. Essas velocidades aumentaram durante os ensaios até 0,27 cm/s; 0,21

cm/s; 0,32 cm/s e 0,32 cm/s, vindo aos 20 minutos a ficar em 0,15 cm/s, 0,09 cm/s e 0,10

cm/s para os geotêxteis VP-75, OP-30 e OP-60, e 0,20 cm/s para o geotêxtil OP-15 aos 25

minutos, conforme mostra a Tabela 6.4, indicando redução aproximada de 44%, 4%, 71% e

68% em relação aos picos de velocidades atingidos durante os ensaios;

d) Os valores das velocidades nos quatros geotêxteis ficaram entre 0,14 cm/s para o

OP-15 e 0,20 cm/s para o VP-75 aos 10 minutos, e entre 0,09 (OP-30) e 0,15 cm/s (VP-75 e

OP-15) aos 20 minutos, conforme mostra a Tabela 6.4;

e) Os valores das alturas da lâmina de material acumulados aos 10 minutos para os

geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 49,0 cm, 52,3 cm, 49,3 cm e 49,4 cm,

respectivamente. Aos 20 minutos foram de 83,1 cm, 82,8 cm, 85,4 cm e 88,5 cm. A altura

final para o geotêxtil OP-15, aos 25 minutos, foi de 91,0 cm. Os acréscimos aproximados de

103

alturas, respectivamente para os geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 38%, 6%,

7% e 2% em relação às alturas quando dos ensaios utilizando os geotêxteis virgens. Verifica-

se que os valores dos acréscimos foram menores que os encontrados para a vazão de 250

cm3/s. Isso, provavelmente, deveu-se à altura de material depositado no canal a montante,

provocando uma pressão maior no geotêxtil;

f) Em relação à permissividade, verificou-se que, aos 20 minutos, os valores

encontrados ficaram em aproximadamente 1,85 para o geotêxtil VP-75; 0,04 para o OP-15;

0,35 para o OP-30 e 0,21 s-1 para o OP-60.

104

Desempenho dos geotêxteis para o solo ErCe 1 (1000 cm3/s)

0,01

0,10

1,00

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Vazã

o/Á

rea

(cm

3 .s-1/c

m2 )


Figura 6.17 – Desempenho dos geotêxteis com reuso p/ solo ErCe 1 na vazão de 1.000 cm3/s.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.18 – Altura da lâmina da mistura no canal, com reuso, p/ solo ErCe 1- vazão de 1.000 cm3/s.

Perm. modificada no geotêxtil com reuso p/ solo ErCe 1 (s-1)

0,0

0,1

1,0

10,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)

VP-75

OP-15

OP-30

OP-60

Figura 6.19 – Permissividade nos geotêxteis com reuso p/ ErCe 1 na vazão de 1.000 cm3/s.

105

Tabela 6.4 - Resultados de velocidade, altura da lâmina d'água e permissividade para o solo

ErCe 1 executado com vazão de 1000 cm3/s

106

6.6 RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ErCe 2 COM VAZÃO DE 1.000 CM3/S

As Figuras 6.20 a 6.22 mostram os resultados obtidos para misturas com o solo ErCe 2

para a vazão de 1.000 cm3/s com os geotêxteis virgens e nas Figuras 6.23 a 6.25 estão os

resultados para a mesma vazão reutilizando-se o geotêxtil.


Já nas Figuras 6.21 e 6.24 são apresentados os gráficos com as alturas das misturas formadas

à montante dos barramentos. Nas Figuras 6.21 e 6.24 são apresentados os valores das

permissividades nos geotêxteis ao longo dos ensaios.

Pode-se observar nas Figuras 6.20 a 6.25 que os ensaios executados com este solo

apresentaram um comportamento não muito diferente dos já citados, com pequenas

peculiaridades, principalmente na formação da camada de solo na face de montante do

geotêxtil e das partículas que migravam para o interior do mesmo. Entretanto, em todos os

ensaios verificou-se o comportamento único para vazão/área, altura da lâmina d’água e

permissividade, ou seja, com a ocorrência de uma variação durante um período inicial do

ensaio com pequenas variações após um determinado intervalo de tempo para cada tipo de

geotêxtil utilizado.

Nestes ensaios foram verificadas também maiores variações em termos de velocidades

e permissividades ao longo de sua execução. Isso se deve, conforme visto, às perturbações

que ocorriam no canal de montante em função da elevada vazão de trabalho.




6.6.1 RESULTADOS PARA GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S



a) Novamente, a exemplo dos ensaios anteriores, o comportamento dos quatros

geotêxteis analisados para o solo em questão, quanto à passagem de material foi semelhante,

conforme visto. Essa passagem de solo pelo geotêxtil diminuía com maior intensidade se

comparada com as dos ensaios anteriores, isso em função da formação de uma pequena

camada lisa e espelhada de solo na face de montante do geotêxtil, funcionando assim como

um filtro natural quanto à passagem de material;

107

b) Nos quatros ensaios também ocorreu um período inicial de fluxo zero pelo

geotêxtil, conforme pode ser visto na Figura 6.20 e na Tabela 6.5, até sua saturação. Atingido

um determinado valor de saturação houve um considerável aumento na velocidade para uma

posterior diminuição com o andamento dos ensaios;

c) Para os ensaios com solo ErCe 2 e os geotêxteis virgens VP-75, OP-15, OP-30

e OP-60 na vazão de 1.000 cm3/s, verificou-se que não houve passagem de material até aos

40, 80, 80 e 100 segundos, respectivamente. Logo após isso, nos tempos de 60, 100, 100 e


0,23 cm/s, respectivamente. Essas velocidades aumentaram até 2,69 cm/s, 0,82 cm/s, 1,04

cm/s e 0,38 cm/s, vindo aos 30 minutos a ficar em 0,22 cm/s para o VP-75, aos 25 minutos em

0,18 cm/s para o OP-15, aos 20 minutos em 0,11 cm/s para o OP-30 e aos 20 minutos em 0,05

cm/s para o OP-60, conforme mostra a Tabela 6.5, indicando redução aproximada de 92%,


Nota-se com os valores obtidos a grande redução de velocidade que o solo ErCe 2

impôs aos geotêxteis estudados. Isso se deveu ao fato da formação da camada de solo lisa e

espelhada que contribuía para tal comportamento. Esse comportamento se justifica pelas

peculiaridades que o solo apresentava. Fato este também verificado quando da realização dos

ensaios de filtração da fração fina do solo por Farias (1999) em sua dissertação de mestrado.


solo ErCe 2 para a vazão de 1.000 cm3/s ficaram entre 0,14 cm/s e 0,53 cm/s aos 10 minutos e

entre 0,05 e 0,19 cm/s aos 20 minutos, conforme mostra a Tabela 6.5;


os geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 41,5 cm, 23 cm, 44,1 cm e 46,1 cm,

respectivamente. Aos 20 minutos foram de 73,5 cm, 80,1 cm, 83,5 cm e 91 cm. Aos 30

minutos foi de 90,6 cm para o geotêxtil VP-75, não sendo possível ir até este tempo para os

demais ensaios;


75 tenderam a aproximadamente 2,7 aos 30 minutos, 1,22 para o OP-15 aos 25 minutos, 0,4

para o OP-30 e 0,10 s-1 para o OP-60 aos 20 minutos.

108


0,01

0,1

1

10

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Vazã

o/Á

rea

(cm

3 .s-1/c

m2 )


Figura 6.20 – Desempenho dos geotêxteis virgens p/ solo ErCe 2 na vazão de 1.000 cm3/s.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.21 – Altura da lâmina da mistura no canal p/ solo ErCe 2 na vazão de 1.000 cm3/s.

Perm. modificada no geotêxtil virgem p/ solo ErCe 2 (s-1)

0,1

1,0

10,0

100,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)

VP-75

OP-15

OP-30

OP-60

Figura 6.22 – Permissividade nos geotêxteis virgens p/ solo ErCe 2 na vazão de 1000 cm3/s.

109

6.6.2 RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS COM REUSO NA VAZÃO DE 1.000

CM3/S



a) A exemplo do que ocorreu com os ensaios executados com o reuso do geotêxtil

para o solo ErCe 1, com a formação da camada de solo na superfície do geotêxtil quando da

execução dos ensaios com os geotêxteis virgens houve considerável redução da passagem de

solo pelo geotêxtil até à altura da lâmina no ensaio anterior. Entretanto, após atingir essa

altura, verificou-se passagem de solo, ainda que menor, isso devido à sedimentação que

ocorria com a mistura dentro do canal durante o ensaio. A passagem de solo foi maior para o

geotêxtil VP-75 e menor para o geotêxtil OP-60, fato este explicado pela abertura de filtração

de cada geotêxtil;

b) Como nos ensaios com os geotêxteis virgens, para os quatros geotêxteis,

ocorreu um período inicial de fluxo zero pelo geotêxtil até a saturação da camada de solo de

montante e geotêxtil. Atingido o valor de saturação ocorria um considerável aumento na

velocidade para uma posterior diminuição com o andamento do ensaio;

c) Para os ensaios com solo ErCe 2 e o reuso dos geotêxteis VP-75, OP-15, OP-

30 e OP-60 na vazão de 1.000 cm3/s, verificou-se que não houve passagem de material até aos

380, 320, 320 e 300 segundos, respectivamente. Logo após isso, nos tempos de 400, 340, 340

e 320 segundos, as velocidades pelos geotêxteis foram de 0,02 cm/s, 0,06 cm/s, 0,05 cm/s e


0,27 cm/s, 0,16 cm/s e 0,14 cm/s, vindo aos 20 minutos a ficar em 0,12 cm/s para o geotêxtil

VP-75 e 0,17 cm/s para o geotêxtil OP-15. Já para o geotêxtil OP-30 só foi possível a

execução do ensaio até aos 19 minutos com velocidade de 0,09 cm/s. Para o geotêxtil OP-60

só foi possível ir até aos 18 minutos com a velocidade correspondente de 0,10 cm/s. As

reduções quanto às maiores velocidades foram 43%, 37%, 44% e 29%, respectivamente;

d) Os valores das velocidades nos quatros geotêxteis com reuso ensaiados no solo

ErCe 2 ficaram entre 0,09 cm/s para o OP-60 e 0,18 cm/s para o VP-75 aos 10 minutos. As

velocidades finais do fluxo pelo geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram,

respectivamente, 0,12 cm/s (20 minutos); 0,17 cm/s (20 minutos); 0,09 cm/s (15 minutos) e

0,09 cm/s (15 minutos);


110

os geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 54,8 cm; 51,2 cm; 54,3 cm e 54,3 cm,

respectivamente. Ao final do ensaio (20 minutos) para o VP-75 foi de 91,9 cm; para o OP-15

foi de 81,7 cm (20 minutos); para o OP-30 foi de 80,8 cm (15 minutos) e para o OP-60 foi de

76,5 cm (15 minutos). Os acréscimos de alturas aproximadas, respectivamente para os

geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 20%, 2%, 18% e 10% em relação às

alturas quando dos ensaios utilizando os geotêxteis virgens;

f) Em relação à permissividade, os valores encontrados ficaram em

aproximadamente 1,56 para o geotêxtil VP-75 (20 minutos), em 0,04 para o OP-15 (20

minutos), em 0,2 para o OP-30 (15 minutos) e 0,21 s-1 para o OP-60 (15 minutos);

111


0,01

0,1

1

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Vazã

o/Á

rea

(cm

3 .s-1/c

m2 )


Figura 6.23 – Desempenho dos geotêxteis com reuso p/ solo ErCe 2 na vazão de 1.000 cm3/s.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.24 – Altura da lâmina da mistura no canal, com reuso, p/ o solo ErCe 2 na vazão de 1.000 cm3/s.

Perm. modificada no geotêxtil com reuso p/ solo ErCe 2 (s-1)

0,0

0,1

1,0

10,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)

VP-75

OP-15

OP-30

OP-60

Figura 6.25 – Permissividade nos geotêxteis com reuso p/ ErCe 2 na vazão de 1000 cm3/s.

112


para o solo ErCe 2 executado com vazão de 1000 cm3/s.

113

6.7 RESULTADOS PARA O SOLO ErAn COM VAZÃO DE 1000 CM3/S

As Figuras 6.26 a 6.28 mostram os resultados obtidos para misturas com o solo ErAn

para a vazão de 1.000 cm3/s com os geotêxteis virgens e nas Figuras 6.29 a 6.31 estão os

resultados para a mesma vazão reutilizando-se o geotêxtil.


Já nas Figuras 6.27 e 6.30 são apresentados os gráficos com as alturas das misturas formadas

a montante dos barramentos. Nas Figuras 6.28 e 6.31 são apresentados os valores das

permissividades nos geotêxteis ao longo dos ensaios.

Pode-se observar nas Figuras 6.26 a 6.31 que em todos os ensaios, a exemplo do que

ocorreu com os anteriormente comentados, verificou-se um comportamento único para

vazão/área, altura da lâmina d’água e permissividade – com pequenas variações durante um

período do ensaio.




6.7.1 RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 1.000

CM3/S

As principais observações e conclusões para os ensaios executados com o solo ErAn


a) A exemplo dos ensaios anteriores, o comportamento dos quatros geotêxteis

analisados para o solo em questão, quanto à passagem de material foi semelhante, ou seja,

verificou-se passagem de solo pelos geotêxteis durante todo o ensaio, com maior destaque

para o geotêxtil VP-75 e menor quantidade para o geotêxtil OP-60;

b) Para os quatros geotêxteis também ocorreu um período inicial de fluxo zero

pelo geotêxtil, conforme pode ser visto na Figura 6.26 e na Tabela 6.6, até sua saturação.

Atingido um determinado valor de saturação houve um considerável aumento na velocidade

para uma posterior diminuição com o andamento do ensaio;

c) Para os ensaios com solo ErAn e os geotêxteis virgens VP-75, OP-15, OP-30 e

OP-60 na vazão de 1.000 cm3/s, verificou-se que não houve passagem de material até aos 40,

60, 40 e 60 segundos, respectivamente. Logo após isso, nos tempos de 60, 80, 60 e 80

114

segundos, as velocidades pelos geotêxteis foram de 0,25; 0,12; 0,69 e 0,12 cm/s,

respectivamente. Essas velocidades aumentaram durante os ensaios até 1,0; 0,43; 0,69 e 0,16

cm/s, respectivamente, vindo aos 30 minutos ficar em 0,34 para o VP-75; 0,36 para o OP-15;

0,33 para o OP-30, e em 0,16 cm/s para o OP-60 aos 20 minutos, conforme mostra a Tabela

6.6, indicando redução aproximada de 66%, 16%, 52% e 0 % em relação aos picos de

velocidades atingidos durante os ensaios;


solo entre 0,10 cm/s e 0,46 cm/s aos 10 minutos e entre 0,16 e 0,38 cm/s aos 20 minutos,

conforme mostra a Tabela 6.6;

e) Os valores das alturas de material acumulados aos 10 minutos para os

geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 35,0 cm; 43 cm; 46,5 cm e 47,7 cm,

respectivamente. Aos 20 minutos foram de 52,2 cm; 55,0 cm; 62,4 cm e 81,5 cm. Aos 30

minutos foi de 61,9 cm para o geotêxtil VP-75; 62,5 cm para OP-15; 69,4 cm para OP-30, não

sendo possível ir até este tempo para o OP-60;


75 tenderam a aproximadamente 4,3 aos 30 minutos; 2,37 para o OP-15; 1,3 para OP-30 e

0,35 s-1 para o OP-60 aos 20 minutos.

115

Desempenho dos geotêxteis p/ o solo ErAn (1000 cm3/s)

0,01

0,10

1,00

10,00

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Vazã

o/Á

rea

(cm

3 .s-1/c

m2 )


Figura 6.26 – Desempenho dos geotêxteis virgens p/ solo ErAn na vazão de 1.000 cm3/s.

Altura da lâmina d'água no canal p/ solo ErAn (1000 cm3/s)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.27 – Altura da lâmina da mistura no canal p/ solo ErAn na vazão de 1.000 cm3/s.

Perm. modificada no geotêxtil virgem p/ solo ErAn (s-1)

0,1

1,0

10,0

100,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)

VP-75OP-15

OP-30OP-60

Figura 6.28 – Permissividade nos geotêxteis virgens p/ solo ErAn na vazão de 1.000 cm3/s.

116

6.7.2 RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS COM REUSO NA VAZÃO DE 1.000

CM3/S

As principais observações e conclusões para os ensaios executados com o solo ErAn


g) A exemplo do que ocorreu com os ensaios executados com o reuso do geotêxtil

para o solo ErCe 1 e ErCe 2, a formação da camada de solo na superfície do geotêxtil quando

da execução dos ensaios com os geotêxteis virgens ocasionou considerável redução da

passagem de solo pelo geotêxtil até à altura da lâmina no ensaio anterior. Entretanto, após

atingir essa altura, verificou-se passagem de solo pelos geotêxteis, ainda que menor, devido à

pequena sedimentação que ocorria com a mistura dentro do canal;

h) Como nos ensaios com os geotêxteis virgens, para os quatros geotêxteis,

ocorreu um período inicial de fluxo zero pelo geotêxtil até a saturação da camada de solo de

montante e geotêxtil. Atingido o valor de saturação, ocorria um considerável aumento na

velocidade para uma posterior diminuição com o andamento do ensaio;

i) Para os ensaios com o solo ErAn, o reuso dos geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30

e OP-60 na vazão de 1.000 cm3/s, não houve passagem de material até aos 300, 140, 140 e

200 segundos, respectivamente. Logo após isso, nos tempos de 320, 160, 160 e 220 segundos,

as velocidades pelos geotêxteis foram de 0,04 cm/s, 0,46 cm/s, 0,16 cm/s e 0,11 cm/s,

respectivamente. Essas velocidades aumentaram durante os ensaios até 0,25 cm/s, 0,46 cm/s,

0,37 cm/s e 0,33 cm/s, vindo aos 20 minutos a ficar em 0,15 cm/s para os geotêxteis VP-75 e

OP-15; 0,14 cm/s para o OP-30 e 0,09 cm/s para o OP-60. Para os geotêxteis os VP-75, OP-

15 e OP-60 só foi possível ir até aos 20 minutos de ensaio, já para o OP-30 foi possível ir até

aos 25 minutos. As reduções após o pico quanto às maiores velocidades foram 60%, 32%,

40% e 27%, respectivamente ao VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60;

j) Os valores das velocidades nos quatros geotêxteis com reuso ensaiados com

solo ErAn ficaram entre 0,04 cm/s para o OP-60 e 0,26 cm/s para o OP-15 aos 10 minutos. As

velocidades finais do fluxo pelos geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram,

respectivamente, 0,15 cm/s (20 minutos); 0,15 cm/s (20 minutos); 0,15 cm/s (25 minutos) e

0,09 cm/s (20 minutos);

k) Os valores das alturas de material acumulados aos 10 minutos para os

geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 47,3 cm; 47,5 cm; 43,4 cm e 49,42 cm,

respectivamente. Ao final do ensaio (20 minutos) para o VP-75 foi de 84,1 cm; para o OP-15

117

foi de 79,9 cm (20 minutos); para o OP-30 foi de 89,0 cm (25 minutos) e para o OP-60 foi de

89,2 cm (20 minutos). Os acréscimos de alturas aproximadas, respectivamente para os

geotêxteis VP-75, OP-15, OP-30 e OP-60 foram de 61%, 45%, 20% e 9% em relação às

alturas quando dos ensaios utilizando os geotêxteis virgens;

l) Em relação à permissividade, verificou-se que os valores encontrados ficaram

em aproximadamente 1,83 para o geotêxtil VP-75 (20 minutos), em 1,03 para o OP-15 (20

minutos), em 0,56 para o OP-30 (25 minutos) e 0,20 s-1 para o OP-60 (20 minutos).

118

Desempenho dos geotêxteis p/ o solo ErAn (1000 cm3/s)

0,01

0,1

1

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Vazã

o/Á

rea

(cm

3 .s-1/c

m2 )


Figura 6.29 – Desempenho dos geotêxteis com reuso p/ solo ErAn na vazão de 1.000 cm3/s.

Altura da lâmina d'água no canal p/ solo ErAn (1000 cm3/s)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Tempo (s)

Altu

ra (c

m)


Figura 6.30 – Altura da lâmina da mistura no canal, com reuso, p/ solo ErAn na vazão de 1.000 cm3/s.

Perm. modificada no geotêxtil com reuso p/ solo ErAn (s-1)

0,0

0,0

0,1

1,0

10,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Perm

. mod

if. (s

-1)

VP-75

OP-15

OP-30

OP-60

Figura 6.31 – Permissividade nos geotêxteis com reuso p/ solo ErAn na vazão de 1.000 cm3/s.

119

Tabela 6.6 - Resultados de velocidade, altura da lâmina d'água e permissividade modificada para o solo ErAn executado com vazão de 1000 cm3/s.

120

6.8 ENSAIOS DE GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO

GEOTÊXTIL

Neste item, apresentam-se os resultados obtidos nos ensaios executados com os

materiais passantes pelos geotêxteis durante os ensaios realizados no simulador hidráulico.

Decidiu-se realizar duas coletas durante os ensaios com vazão de 1.000 cm3/s. Uma

coleta aos 10 minutos do início e outra aos 20 minutos. Para os ensaios em que não foi

possível ir até aos 20 minutos, coletava-se ao final do ensaio. Nesta fase, com a execução dos

24 ensaios na vazão de 1.000 cm3/s, foram executados 48 granulometrias, sendo 24 (12 aos 10

minutos e 12 aos 20 minutos) para os geotêxteis virgens e 24 (12 aos 10 minutos e 12 aos 20

minutos) com o reuso dos geotêxteis. Os ensaios de granulometria do material passante foram

realizados no granulômetro a laser sem o uso de agentes defloculadores.

Na Tabela 6.7, apresenta-se um resumo dos diâmetros passantes D10, D15, D50, D60,

D85, D90, D95 e D100, obtidos das curvas granulométricas para cada tipo de solo utilizado nesta

pesquisa (ErCe 1, ErCe 2 e ErAn). Entretanto, a análise será feita somente em relação ao D95

do solo, isso em virtude da tradicional comparação com o O95 do geotêxtil em critérios de

filtros. Os outros valores apresentados servem como informação adicional. Vale ressaltar que

os valores estão em µm (1 µm = 0,001 mm) e não em milímetros.

6.8.1 RESULTADOS OBTIDOS PARA O GEOTÊXTIL VP-75

As Figuras 6.32, 6.33 e 6.34 mostram as curvas granulométricas do material passante

pelo geotêxtil VP-75, tanto na situação virgem quanto no reuso do geotêxtil para as vazões de

1.000 cm3/s, aos 10 e 20 minutos e para efeito de comparação, apresenta-se também a curva

correspondente a cada solo no estado natural obtida no granulômetro a laser sem o uso do

agente defloculador. A Tabela 6.7 apresenta-se o resumo dos resultados.

As principais conclusões para o geotêxtil VP-75 foram:

Os resultados obtidos pelas análises granulométricas dos materiais passantes pelo

geotêxtil VP-75 virgem mostraram que o solo ErCe 2 foi o que apresentou o menor diâmetro

correspondente a 95%, valor esse de 65 µm (Tabela 6.7), valor correspondente a 42% da

abertura de filtração do VP-75 (155 µm). Esse valor é até certo ponto aceitável para este

ensaio porque não se notou, a olho nu, do material coletado para análise, alguma partícula que

pudesse implicar numa “granulometria” maior. A maior partícula correspondente a 95%

passante foi encontrada para o solo ErCe 1 aos 10 minutos, onde a análise indicou partículas

121

correspondentes a 103,6 µm, 66% da abertura de filtração do VP-75.

Deve-se atentar também na Tabela 6.7, que os valores correspondentes a D95 para os

três solos-geotêxteis virgens-20 minutos apresentaram-se, bastantes próximos entre si. Tais

valores foram 66; 65,6 e 65 µm, podendo indicar que um dos condicionantes para a passagem

de material seria a fina camada de solo que ia se formando na face de montante do geotêxtil.

Os diâmetros correspondentes a D95 obtidos no reuso do geotêxtil, mostraram-se

bastante conservativos quando comparados com os ensaios realizados nos materiais coletados

para o geotêxtil virgem, com exceção do solo ErCe 1 em que se obteve o valor de 194 µm aos

10 minutos e 262 µm aos 20 minutos. Provavelmente, isso se deve a alguma abertura maior

localizada, devido ao processo de fabricação e/ou manuseio, pois tal tendência não se repetiu

nos demais ensaios.

Granulometria do Material Passante pelo Geotêxtil VP-75 (Solo ErCe 1)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa

Geot. Virgem 10 minGeot. Virgem 20 minCom Reuso 10 minCom Reuso 20 minSolo natural sem ultrasom

Figura 6.32 – Granulometria do material passante pelo geotêxtil VP-75 para solo ErCe 1.

Granulometria do Material Passante pelo Geotêxtil VP-75 (Solo ErCe 2)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa


Figura 6.33 – Granulometria do material passante pelo geotêxtil VP-75 para solo ErCe 2.

122

Granulometria do Material Passante pelo Geotêxtil VP-75 (Solo ErAn)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro das partículas (mm)

% q

ue p

assa


Figura 6.34 – Granulometria do material passante pelo geotêxtil VP-75 para solo ErAn.

6.8.2 RESULTADOS OBTIDOS PARA O GEOTÊXTIL OP-15

Os resultados de D95 obtidos do material passante para este geotêxtil apresentaram

uma leve diminuição, quando comparados com os anteriores (VP-75 / ErCe 1 / ErCe 2 /

ErAn), com exceção do sistema OP-15 virgem/ErAn aos 10 minutos que permaneceu o

mesmo (88 µm), e aos 20 minutos que teve um pequeno aumento. Nota-se também na Tabela

6.7 que os valores correspondentes aos coeficientes de não uniformidade para o geotêxtil com

reuso comportaram-se com menor variação indicando certa semelhança no comportamento

das curvas granulométricas, conforme mostra as Figuras 6.35, 6.36 e 6.37.

Observa-se também que os valores obtidos para os ensaios utilizando-se os sistemas

OP-15 virge-ErCe 1 - 20 minutos e OP-15 virgem - ErCe 2 - 20 minutos, mostraram-se

coincidentes (41 µm), conforme mostra a Tabela 6.7.

De uma forma geral, os valores obtidos de D95 se mostraram bastante conservativos,

com valores abaixo do valor correspondente ao O95 do geotêxtil OP-15.

123

Granulometria do Material Passante pelo Geotêxtil OP-15 (Solo ErCe 1)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa


Figura 6.35 – Granulometria do material passante pelo geotêxtil OP-15 para solo ErCe 1.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa



Granulometria do Material Passante pelo Geotêxtil OP-15 (Solo ErAn)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10


% q

ue p

assa


Figura 6.37 – Granulometria do material passante pelo geotêxtil OP-15 para solo ErAn.

124


Os resultados dos ensaios com o OP-30 apontaram um valor máximo de 76 µm para o

sistema OP-30 virgem/ErAn/20 minutos o que corresponde a 62% da abertura de filtração do

OP-30 (121 µm) e o valor mínimo para o sistema OP-30 reuso/ErCe 2/10 minutos com 23 µm

correspondente a apenas 19% da abertura de filtração do OP-30.

Deve-se atentar também para a grande disparidade das curvas granulométricas para a

condição com reuso quando da execução com o solo ErCe 1, conforme mostra a Figura 6.38.

Nesta figura, verifica-se que a curva granulométrica correspondente a 10 minutos com reuso

apresentou valores para D10, D15, D30, D50, D60, D85 e D95 superiores as demais curvas

granulométricas dos ensaios para o OP-30.

As Figuras 6.38, 6.39 e 6.40 apresentam o comportamento das curvas granulométricas

para o geotêxtil OP-30 e a Tabela 6.7 apresenta os diâmetros passantes pelo geotêxtil.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa



125


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10


% q

ue p

assa




Nas Figuras 6.41, 6.42 e 6.43 estão plotadas as curvas granulométricas dos materiais

passantes pelo geotêxtil OP-60 e as principais conclusões obtidas são apresentadas a seguir:

Os resultados dos ensaios com o OP-60 apontaram um valor máximo de 88 µm para o

sistema OP-60 virgem/ErAn/10 minutos correspondente a 19% superior da abertura de

filtração do OP-60 (74 µm) e o valor mínimo para o sistema OP-60 reuso/ErCe 2/10 minutos

correspondente a apenas 16,2 % da abertura de filtração do OP-60.

Observa-se também que para o geotêxtil virgem ocorreram pouquíssimas variações,

nos tempos de 10 e 20 minutos, nas curvas granulométricas, conforme mostram as Figuras

6.41, 6.42 e 6.43.

126


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

% q

ue p

assa




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10


% q

ue p

assa

Solo natural sem ultrasomGeot. Virgem 20 minCom Reuso 10 minCom Reuso 20 minSolo natural sem ultrasom


127

Tabela 6.7 – Diâmetros de solos passante pelos geotêxteis nos ensaios realizados no simulador hidráulico.

128

Tabela 6.7 (continuação) – Diâmetros de solos passante pelos geotêxteis nos ensaios realizados no simulador hidráulico.

129

6.8.5 COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS OBTIDOS NAS ANÁLISES

GRANULOMÉTRICAS DOS MATERIAIS PASSANTES PELOS GEOTÊXTEIS

Neste item apresentam-se dois gráficos, um englobando todos os valores

correspondentes a D95 e outro a D90 das curvas granulométricas dos materiais coletados a

jusante dos barramentos nos ensaios executados no simulador hidráulico para análise de

geotêxteis como barreira de sedimentos.

O objetivo principal do primeiro gráfico (Figura 6.44) é mostrar de uma forma geral

os valores correspondentes a D95 do solo com o tradicional O95 do geotêxtil. Quanto ao

segundo gráfico (Figura 6.45), a sua importância se faz por dois motivos principais, a saber:

1º) O D95 do solo está em um trecho da curva que ainda não define o comportamento

granulométrico do solo;

2º) O D10 é uma proposição para representar a finura do solo, logo, por diferença o D90

poderia ser mais representativo em termo de “grãos maiores” do mesmo solo, além de ter

correspondido aos pontos de melhor definição das curvas granulométricas obtidas dos

materiais passantes pelos geotêxteis.

Observando-se as Figuras 6.44 e 6.45, nota-se que a concentração dos resultados

obtidos para D95 e D90 das amostras coletadas após os ensaios de filtração estão entre 25 e

75% da abertura de filtração dos geotêxteis ensaiados, fato este verificado por Farias (1999)

em sua dissertação de mestrado para ensaios de filtração da fração fina (f3) mesmo utilizando

solos e geotêxteis diferentes dos utilizados nesta pesquisa.

Dos 48 ensaios executados nesta fase, verificou-se que apenas três valores de D95

(dois para o VP-75 e um o OP-60) apresentaram valores acima do O95 do geotêxtil, sendo que

dois para o mesmo ensaio com o solo ErCe 1 na condição de reuso do geotêxtil, valor este

inesperado em condições normais, visto que na condição virgem encontraram-se valores

inferiores à abertura de filtração do geotêxtil. É possível que neste caso tenha ocorrido algum

dano durante o ensaio nas condições virgens.

Entretanto, vale ressaltar que esses resultados servem para mostrar que os diâmetros

das partículas que atravessam os geotêxteis dependem diretamente tanto do solo quanto do

geotêxtil, principalmente na fase inicial quando do geotêxtil virgem. Já o que se verifica com

o decorrer do tempo de ensaio, estabelece-se uma condição de filtro imposta pelo solo que faz

com que a capacidade de fluxo pelo material diminua. Entretanto, deve-se frisar que os

resultados obtidos servem para os solos estudados, e que para outros o comportamento desses

130

geotêxteis pode ser diferente dos apresentados nesta pesquisa.

O95 (geotêxtil) x D95 (solo)

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300

O95 (geotêxtil) - μm

D 95 (

solo

) - μ m

D95 = O95

D95 = 75% O95

D95 = 50% O95

D95 = 25% O95

VP-75

OP-15

OP-30

OP-60

11

Figura 6.44 – Comparação entre O95 x D95.

O90 (geotêxtil) x D90 (solo)

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300

O90 (geotêxtil) - μm

D 90 (s

olo)

- μ

m

D90 = O90

D90 = 75% O90

D90 = 50% O90

D90 = 25% O90

VP-75

OP-15

OP-30

OP-60

11

131

Figura 6.45 – Comparação entre O90 x D90.

6.8.6 ENSAIOS DE SÓLIDOS TOTAIS

Na Tabela 6.8 apresenta-se um resumo dos resultados dos ensaios de sólidos totais do

material coletado na face de jusante do barramento aos 10 e 20 minutos de cada ensaio

executado no simulador hidráulico. Embora o volume desse material seja diferente para cada

ensaio, limita-se aqui a apenas apresentar a concentração do material passante pelos

barramentos e comentar a quantidade de sólidos contida em cada coleta.

Os espaços representados por (*) indicam onde não foi possível a realização dos

ensaios ou os que apresentaram valores incoerentes.

Notou-se que a passagem de solo pelo geotêxtil sofria considerável decréscimo após

os primeiros minutos do ensaio, notando-se pouca passagem a partir de um determinado

intervalo de tempo, dependendo do tipo de solo, principalmente em função do filtro que o

solo gerava para ele mesmo.

Atenção maior deve ser dada na Tabela 6.8 para o geotêxtil VP-75 virgem, onde as

quantidades estão acima das dos outros ensaios. Isso só vem reforçar o observado diretamente

quando da execução dos ensaios de filtração, em que se notou considerável passagem de solo

por este geotêxtil principalmente em função também da velocidade de fluxo que foi maior

para esse geotêxtil implicando menor sedimentação de material no canal e mais sólidos em

suspensão antes do barramento.

Deve-se também atentar para os geotêxteis com reuso, isso porque os resultados

mostraram pequenas reduções na quantidade de sólidos passantes pelos geotêxteis, fato esse

verificado visualmente quando da realização dos ensaios.

A faixa de valores para os sólidos totais ficou entre 91,2355 e 12,6585 gramas de

sólidos por litro de água, conforme mostra a Tabela 6.8.

Uma estimativa de modo não muito precisa quanto à passagem de sólidos pelo

geotêxtil poderia ser feita, como exemplo, para o sistema geotêxtil OP-15 virgem com o solo

ErCe 2, onde as concentrações aos 10 e 20 minutos foram, respectivamente, de 235,4870 e

294,5560 mg/l.

Tirando-se uma média entre esses dois valores, tem-se 265,0215 mg/l, considerando

que no ensaio foi consumido 1.800 litros e multiplicando-se o valor da concentração média

pelo volume, tem-se 477,0387g (265,0215 mg/litro x 1.800 litros), o que corresponde a 2,65

% do solo total (18 kg) passante pelo geotêxtil.

132

Tabela 6.8 – Quadro-resumo das concentrações do material coletado a jusante dos barramentos.

133

6.8.7 ENSAIOS DE PERMEABILIDADE NORMAL DOS GEOTÊXTEIS APÓS OS

ENSAIOS DE FILTRAÇÃO

Na Tabela 6.9 apresentam-se os resultados dos ensaios de permeabilidade executados

nos geotêxteis após cada ensaio no simulador hidráulico (geotêxtil virgem e com reuso). Os

espaços representados por (*) indicam onde não foi possível a realização do ensaio ou os que

apresentaram valores incoerentes.

Conforme visto no Capítulo 5, a fim de se estimar a permeabilidade dos geotêxteis

após os ensaios de filtração, retirava-se cuidadosamente a amostra de geotêxtil ensaiada e

deixava-se para secar ao ar. Após a secagem, cortava-se uma amostra do geotêxtil na metade

da altura atingida pela lâmina d’água quando da realização do ensaio. Essa amostra, após

seca, era saturada com água destilada para determinação da permeabilidade. Essa

permeabilidade era medida no equipamento desenvolvido por Gardoni (1995) para

determinação da permeabilidade normal de geotêxteis, conforme visto na Figura 5.15.

Observa-se na Tabela 6.9 que os valores encontrados, de uma forma geral, são

coerentes e estão dentro de uma faixa aceitável, quando comparados com outros estudos já

realizados para quantificação da permeabilidade de geotêxteis impregnados com solo.

Os geotêxteis impregnados com o solo ErAn foram os que apresentaram maior

permeabilidade, portanto menores reduções quando comparadas aos valores iniciais de

permeabilidade. Isso é função principalmente da granulometria do solo ErAn, que apresenta

grãos maiores que as dois outros solos utilizados. Como exemplo, tome-se o sistema VP-

75/ErAn, em que a permeabilidade inicial do geotêxtil virgem era de 4 x 10-1 cm/s e após o

ensaio de filtração passou a apresentar a permeabilidade de 1,5 x 10-1 cm/s, o que mostra ter

havido uma redução de 62% em relação à inicial.

Os resultados encontrados para os sistemas geotêxteis/ErCe 2 confirmaram o que foi

observado nos ensaios de filtração. Isso porque este solo, além de migrar em maiores

quantidades para o interior do geotêxtil, formava uma camada lisa e espelhada na face de

montante, dificultando a passagem do fluxo pelo mesmo. Como exemplo, tome-se o sistema

VP-75/ErCe 2 em que ocorreu uma redução de 75% em relação à permeabilidade inicial do

geotêxtil, redução esta superior a encontrada para o solo ErAn.

134

Tabela 6.9 – Quadro-resumo da permeabilidade dos geotêxteis após os ensaios no simulador hidráulico.

135

6.9 COMENTÁRIOS SOBRE O CAPÍTULO 6

Neste Capítulo foram apresentados os resultados dos ensaios executados no simulador

hidráulico para análise de geotêxteis como filtros em obras de controle de erosões, bem como

os ensaios auxiliares, tais como: granulometria das partículas passantes pelos geotêxteis

durante a execução dos ensaios de filtração, teor de sólidos totais e permeabilidade dos

geotêxteis após os experimentos. Esses ensaios permitem tecer os comentários a seguir:

a) É importante observar que, após o uso dos geotêxteis virgens há a formação de uma

camada de solo recobrindo a face do geotêxtil. Essa camada passa a ter grande influência na

passagem de material pelo geotêxtil. Do ponto de vista prático esta observação é muito

importante e merece ser destacada, pois num evento chuvoso a mistura solo/água pode atingir

mais rapidamente os veterdouros dos barramentos que o previsto. Esse aspecto pode afetar

diretamente o projeto e deve refletir em ponderações sobre as aplicações práticas;

b) A variação nas alturas no canal de montante referentes aos diferentes geotêxteis utilizados

pode indicar a necessidade de se construir barramentos seqüenciais utilizando-se geotêxteis

diferentes para cada um deles. Como exemplo, um geotêxtil mais leve para o primeiro,

intermediário para o segundo e mais pesado para um terceiro barramento. Isso seria

importante para evitar possíveis transbordamentos e aumentar a eficiência quanto à retenção

de sólidos, visto que se poderia trabalhar com a retenção de partículas maiores no primeiro,

intermediárias no segundo e finas num terceiro barramento;

c) Em longo prazo, a vazão do fluido pelo geotêxtil é função do filtro gerado pela camada de

solo e não pelo geotêxtil. Sendo assim, pode-se utilizar um geotêxtil de menor gramatura. Em

termos de projeto, não se deve trabalhar com a hipótese do geotêxtil virgem, isso porque ele

não servirá apenas em um evento, pois o assoreamento total dificilmente se dará em apenas

uma chuva.

136

a) A variação nas alturas no canal de montante referentes aos diferentes geotêxteis utilizados


diferentes para cada um deles. Como exemplo um geotêxtil mais leve para o primeiro,


importante para evitar possíveis transbordamentos e maior eficiência quanto à retenção de

sólidos, visto que se poderia trabalhar com retenção de partículas maiores no primeiro,

intermediárias no segundo e finas num terceiro barramento;

b) É importante observar que após o uso dos geotêxteis virgens, há a formação de uma

camada de solo recobrindo a face do geotêxtil. Essa camada passa a ter grande influência na

passagem de material pelo geotêxtil. Do ponto de vista prático esta observação é muito

importante e merece ser destacada, pois se em um evento chuvoso a mistura solo/água atinge

o vertedouro do barramento, no seguinte o enchimento do reservatório será mais rápida, pois

é reduzida a passagem de água e a água passa filtrada. Se for o caso é positivo pois melhora a

capacidade de filtração do geotêxtil. Enfim, todos este aspectos afetam diretamente o projeto

e devem refletir e fazer ponderações sobre eles para a aplicação prática;

c) As consideráveis reduções em relação ao geotêxtil virgem quando do reuso, mostra que o

tipo de geotêxtil só é importante para o 1º evento chuvoso e para os subseqüentes quando o

nível de fluido no reservatório superar o anterior;

d) Em relação a brusca redução na permissividade dos geotêxteis, apesar de manter suas

propriedades, indica que não comanda mais o processo de passagem de fluxo pelo seu corpo;

e) A vazão do fluido pelo geotêxtil é função do filtro gerado pela camada de solo e não pelo

geotêxtil, sendo assim, pode-se trabalhar com o geotêxtil de menor gramatura. Em termos de

projeto, não deve-se trabalhar com a hipótese do geotêxtil virgem, pois ele não trabalhará

apenas em um evento, ou seja o assoreamento total dificilmente se dará com apenas uma

chuva;

f) Com a vazão por m2 de geotêxtil com reuso e com a vazão de fluxo na erosão é possível

dimensionar o vertedouro;

137

g) É preciso avaliar o sedimento que passa pelo geotêxtil, pois ele deve em princípio ser

retido no barramento seguinte;

h) Seria interessante ter após o 1º barramento um agente floculador, pois as partículas que

passam pelo geotêxtil são finos e não seriam retidos no seguinte;

i) Deve-se relacionar os resultados com as características físicas dos geotêxteis como

gramaturas, poros, etc.

138

6. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS NO

SIMULADOR HIDRÁULICO PARA ANÁLISE DE GEOTÊXTEIS COMO BARREIRAS DE

SEDIMENTOS.................................................................................................................................................... 87

6.1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 87 6.2 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................................................................... 87 6.3 ENSAIOS EXECUTADOS COM ÁGUA NO SISTEMA CONTENDO UM BARRAMENTO ...... 88 6.4 RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ERCE 1 COM VAZÃO DE 250 CM3/S ....................... 93

6.4.1 RESULTADOS PARA OS GEOTÊXTEIS VIRGENS NA VAZÃO DE 250 CM3/S ........................ 93 6.4.2 Resultados para os geotêxteis com reuso na vazão de 250 cm3/s ................................................. 96

6.5 RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ERCE 1 COM VAZÃO DE 1.000 CM3/S .................. 100 6.5.1 Resultados para os geotêxteis virgens na vazão de 1.000 cm3/s................................................. 100 6.5.2 Resultados para geotêxteis com reuso na vazão de 1.000 cm3/s................................................. 103

6.6 RESULTADOS OBTIDOS PARA O SOLO ERCE 2 COM VAZÃO DE 1.000 CM3/S......................................... 107 6.6.1 Resultados para geotêxteis virgens na vazão de 1.000 cm3/s ..................................................... 107 6.6.2 Resultados para os geotêxteis com reuso na vazão de 1.000 cm3/s ............................................ 110

6.7 RESULTADOS PARA O SOLO ERAN COM VAZÃO DE 1000 CM3/S .......................................................... 114 6.7.1 Resultados para os geotêxteis virgens na vazão de 1.000 cm3/s................................................. 114 6.7.2 Resultados para os geotêxteis com reuso na vazão de 1.000 cm3/s ............................................ 117

6.8 ENSAIOS DE GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL........................................ 121 6.8.1 resultados obtidos para o geotêxtil vp-75................................................................................... 121 6.8.2 resultados obtidos para o geotêxtil OP-15 ................................................................................. 123 6.8.3 resultados obtidos para o geotêxtil OP-30 ................................................................................. 125 6.8.4 resultados obtidos para o geotêxtil OP-60 ................................................................................. 126 6.8.5 comparação entre os resultados obtidos nas análises granulométricas dos materiais passantes

pelos geotêxteis.......................................................................................................................................... 130 6.8.6 ensaios de sólidos totais.............................................................................................................. 132 6.8.7 Ensaios de permeabilidade normal dos geotêxteis após os ensaios de filtração........................ 134

6.9 COMENTÁRIOS SOBRE O CAPÍTULO 6 .................................................................................... 136

139

FIGURA 6.1 – ALTURA DA MISTURA NO CANAL DE MONTANTE CASO O BARRAMENTO FOSSE CEGO. ...................... 88 FIGURA 6.2 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS SÓ COM ÁGUA NA VAZÃO DE 250 CM3/S. ......................................... 90 FIGURA 6.3 – ALTURA DA LÂMINA D’ÁGUA NO CANAL NA VAZÃO DE 250 CM3/S. .................................................. 90 FIGURA 6.4 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS SÓ COM ÁGUA NA VAZÃO DE 250 CM3/S. .................................... 91 FIGURA 6.5 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS SÓ COM ÁGUA NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ...................................... 91 FIGURA 6.6 – ALTURA DA LÂMINA D’ÁGUA NO CANAL NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ............................................... 91 FIGURA 6.7 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS SÓ COM ÁGUA NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ................................. 92 FIGURA 6.8 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250 CM3/S. ........................ 95 FIGURA 6.9 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250 CM3/S. .................. 95 FIGURA 6.10 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250 CM3/S. ................. 95 FIGURA 6.11 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250 CM3/S. ................. 98 FIGURA 6.12 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL, C/ REUSO, P/ SOLO ERCE 1- VAZÃO DE 250 CM3/S.... 98 FIGURA 6.13 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 250 CM3/S. ............ 98 FIGURA 6.14 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ................. 102 FIGURA 6.15 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ........... 102 FIGURA 6.16 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ............ 102 FIGURA 6.17 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERCE 1 NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ............ 105 FIGURA 6.18 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL, COM REUSO, P/ SOLO ERCE 1- VAZÃO DE 1.000 CM3/S.

................................................................................................................................................................... 105 FIGURA 6.19 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ ERCE 1 NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ................ 105 FIGURA 6.20 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ................. 109 FIGURA 6.21 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL P/ SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ........... 109 FIGURA 6.22 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE 1000 CM3/S. ............. 109 FIGURA 6.23 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ............ 112 FIGURA 6.24 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL, COM REUSO, P/ O SOLO ERCE 2 NA VAZÃO DE 1.000

CM3/S.......................................................................................................................................................... 112 FIGURA 6.25 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ ERCE 2 NA VAZÃO DE 1000 CM3/S. ................. 112 FIGURA 6.26 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ................... 116 FIGURA 6.27 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. ............. 116 FIGURA 6.28 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS VIRGENS P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. .............. 116 FIGURA 6.29 – DESEMPENHO DOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S. .............. 119 FIGURA 6.30 – ALTURA DA LÂMINA DA MISTURA NO CANAL, COM REUSO, P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000

CM3/S.......................................................................................................................................................... 119 FIGURA 6.31 – PERMISSIVIDADE NOS GEOTÊXTEIS COM REUSO P/ SOLO ERAN NA VAZÃO DE 1.000 CM3/S........... 119 FIGURA 6.32 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL VP-75 PARA SOLO ERCE 1. ........... 122 FIGURA 6.33 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL VP-75 PARA SOLO ERCE 2. ........... 122 FIGURA 6.34 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL VP-75 PARA SOLO ERAN. ............. 123

140

FIGURA 6.35 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-15 PARA SOLO ERCE 1. ........... 124 FIGURA 6.36 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-15 PARA SOLO ERCE 2. ........... 124 FIGURA 6.37 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-15 PARA SOLO ERAN. ............. 124 FIGURA 6.38 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-30 PARA SOLO ERCE 1. ........... 125 FIGURA 6.39 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-30 PARA SOLO ERCE 2. ........... 126 FIGURA 6.40 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-30 PARA SOLO ERAN. ............. 126 FIGURA 6.41 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-60 PARA SOLO ERCE 1. ........... 127 FIGURA 6.42 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-60 PARA SOLO ERCE 2. ........... 127 FIGURA 6.43 – GRANULOMETRIA DO MATERIAL PASSANTE PELO GEOTÊXTIL OP-60 PARA SOLO ERAN. ............. 127 FIGURA 6.44 – COMPARAÇÃO ENTRE O95 X D95. .................................................................................................. 131 FIGURA 6.45 – COMPARAÇÃO ENTRE O90 X D90. .................................................................................................. 132 TABELA 6.1 – VALORES DE ALTURA DA MISTURA NO CANAL DE MONTANTE CASO O BARRAMENTO FOSSE CEGO. . 88 TABELA 6.2 - RESULTADOS DE VELOCIDADE, ALTURA DA LÂMINA D'ÁGUA E PERMISSIVIDADE MODIFICADA PARA

CADA ENSAIO EXECUTADO SOMENTE COM ÁGUA.......................................................................................... 92 TABELA 6.3 - RESULTADOS DE VELOCIDADE, ALTURA DA LÂMINA D'ÁGUA E PERMISSIVIDADE MODIFICADA PARA O

SOLO ERCE 1 EXECUTADO COM VAZÃO DE 250 CM3/S. ................................................................................. 99 TABELA 6.4 - RESULTADOS DE VELOCIDADE, ALTURA DA LÂMINA D'ÁGUA E PERMISSIVIDADE PARA O SOLO ERCE 1

EXECUTADO COM VAZÃO DE 1000 CM3/S ................................................................................................... 106 TABELA 6.5 - RESULTADOS DE VELOCIDADE, ALTURA DA LÂMINA D'ÁGUA E PERMISSIVIDADE MODIFICADA PARA O

SOLO ERCE 2 EXECUTADO COM VAZÃO DE 1000 CM3/S. ............................................................................. 113 TABELA 6.6 - RESULTADOS DE VELOCIDADE, ALTURA DA LÂMINA D'ÁGUA E PERMISSIVIDADE MODIFICADA PARA O

SOLO ERAN EXECUTADO COM VAZÃO DE 1000 CM3/S................................................................................ 120 TABELA 6.7 – DIÂMETROS DE SOLOS PASSANTE PELOS GEOTÊXTEIS NOS ENSAIOS REALIZADOS NO SIMULADOR

HIDRÁULICO. .............................................................................................................................................. 128 TABELA 6.8 – QUADRO-RESUMO DAS CONCENTRAÇÕES DO MATERIAL COLETADO A JUSANTE DOS BARRAMENTOS.

................................................................................................................................................................... 133 TABELA 6.9 – QUADRO-RESUMO DA PERMEABILIDADE DOS GEOTÊXTEIS APÓS OS ENSAIOS NO SIMULADOR

HIDRÁULICO. .............................................................................................................................................. 135

141

142

7. PROPOSIÇÃO E EXECUÇÃO DO MODELO EM CAMPO

7.1 PROPOSIÇÃO DO MODELO

Conforme visto no Capítulo 3, o sistema de barramentos para controle e recuperação

dos processos erosivos, também denominados de “silt fences”, tem sido utilizado para controle

temporário de produção de sedimentos. Porém, essa solução, se bem adaptada, pode ser

empregada para controle permanente de erosão. A Figura 7.1 mostra o desenho esquemático

desse sistema num sentido transversal à erosão.

N. T.Hastes metálicas ou de madeira

Limite da voçorocaLimite do sistematela metálica-geotêxtil

Geotêxtil protegido com tela metálica Figura 7.1 - Vista frontal da voçoroca com o sistema de controle de erosão por barramento.

A sua eficiência como obra permanente de controle do processo erosivo está vinculada

aos devidos aprimoramentos técnicos em função das condições locais. As vantagens desse

sistema podem ser justificadas pela simplicidade de execução, baixo custo e possibilidade de

se obter estruturas compatíveis com a carga de sedimentos a ser contida, permitindo assim, a

execução em etapas de acordo com a produção de sedimentos à montante.

Inicialmente o sistema é construído em etapas de forma que a produção de sedimentos

a montante não comprometa a estabilidade do barramento. Para isso, a melhor solução é a

execução em alturas compatíveis com o esforço resistente da estrutura.

A Figura 7.2 apresenta, num primeiro estágio, a execução de três barramentos com as

hastes não sendo utilizadas em sua totalidade. Isto é, a tela metálica e o geotêxtil são

137

colocados numa determinada altura das hastes para que o sedimento produzido a montante

possa ser acumulado no barramento 1 e o excedente passe para o barramento 2 e assim

sucessivamente. O revestimento total do canal, mostrado nesta figura, com o geotêxtil se

justifica pelas pequenas distâncias entre um barramento e outro, não acarretando uma

elevação considerável nos custos de implantação.

Haste de madeira ou metálicaTela metálica

Geotêxtil

Geotêxtil

Base da erosão Grampos metálicos

12

3

Haste de madeira ou metálica

Arame recozido

Tela metálica tipo pinteiro

Geotêxtil

Figura 7.2 - Estágio 01: Vista lateral das barreiras para acumulação dos sedimentos gerados a

montante.

Num segundo estágio, com o assoreamento dos barramentos, o sedimento acumulado

no barramento 3 aumenta a estabilidade do barramento 2, e o produzido no 2 aumenta a

estabilidade do barramento 1 pelo esforço contrário que a carga de sedimento acumulado no

barramento seqüente exerce no anterior, conforme mostra a Figura 7.3 e 7.4.

É importante ressaltar que além do geotêxtil colocado a montante, há a necessidade de

se colocar o geotêxtil na face de jusante ou pedras no pé do barramento de jusante, isso

138

porque o material passante pelo barramento, ao transbordar, poderá provocar solapamentos no

pé da estrutura a jusante. Outra observação importante é quanto à fixação do geotêxtil para

que o fluxo não venha a provocar o seu arranque. Essa fixação poderá ser feita com arame

recozido ou galvanizado na tela metálica e com pinos metálicos na base da erosão, conforme

mostra a Figura 7.2, 7.3 e 7.4, tomando-se o cuidado de não danificar o geotêxtil com as

perfurações.

12

3

Partículas desolo retidas

Figura 7.3 - Estágio 02: Vista lateral das barreiras para acumulação dos sedimentos gerados a montante.

Com isso, pode-se partir para o estágio 3 que é o aumento de altura dos barramentos,

conforme mostra a Figura 7.4.

Além do aumento de altura dos barramentos, pode-se, neste estágio, incrementar

novos barramentos a jusante, ao conjunto já instalado com o objetivo de aumentar a

estabilidade global do sistema.

139

12

34

5

Sobreposição do geotêxtil

Figura 7.4 - Estágio 03: Vista lateral das barreiras para acumulação dos sedimentos gerados a montante com incremento de novos barramentos.

7.2 PROCEDIMENTOS DE PROJETO DOS BARRAMENTOS

A seguir são descritos de forma simplificada os principais procedimentos de projeto a

serem adotados no dimensionamento dos barramentos.

1º. Passo: Verificação das condições locais

Neste item, deve-se fazer uma completa avaliação das condições locais objetivando-se

verificar as condições geológico-geotécnicas e geomorfológicas bem como a estimativa do

volume de escoamento superficial e a produção de sedimentos a montante, pois nada

justificaria a instalação de barramento caso não houvesse produção de sedimentos para

enchimento dos mesmos. Uma boa avaliação pode ser obtida a partir de uma visita durante

um evento chuvoso.

O volume de solo a ser retido no barramento pode ser estimado pela Equação

Universal de Perdas de Solo mostrada no Capítulo 2.

140

2º. Passo: Dimensionamento do sistema Neste item deve-se considerar uma série de análises com o objetivo de não se

comprometer o sistema, principalmente em termos de estabilidade. A seguir têm-se as

principais análises a serem consideras no dimensionamento:

a) Determinação da profundidade que as serão enterradas as hastes (cálculo das fichas);

b) Análise de estabilidade dos taludes laterais. Esta análise irá indicar qual o incremento

de altura mais recomendável que deverá ser adotado para a recuperação da erosão;

c) Análise de estabilidade dos taludes longitudinais, tanto local quanto global;

d) Dimensionamento das hastes que podem ser tanto de madeira quanto metálicas;

e) Escolha da tela metálica;

f) Escolha do geotêxtil mais apropriado a ser utilizado no sistema (verificação quanto às

propriedades físicas, mecânicas e hidráulicas). Geralmente a utilização de geotêxteis

em obras de controle de erosão é dimensionada obedecendo-se aos critérios de

retenção, permeabilidade e colmatação, conforme mostrada no Capítulo 2, bem como

as considerações quanto à utilização de geossintéticos no controle de erosões feitas no

Capítulo 3 e também se o geotêxtil a ser utilizado tem resistência à radiação

ultravioleta;

g) Dimensionamento do vertedouro a ser executado no barramento.

3º. Passo: Instalação do modelo em campo A seguir, apresentam-se os principais cuidados que devem ser tomados quando da

execução da obra:

a) Certificar-se que todos os materiais e equipamentos a serem utilizados estejam

totalmente disponíveis na obra;

b) Limpeza total da área a ser implantado o sistema de barramentos. Evitar ao máximo

provocar instabilidade nos taludes laterais quando da limpeza ou remover

desnecessariamente proteções naturais como a cobertura vegetal;

c) Avaliar a superfície de suporte, principalmente os taludes, de forma a evitar possíveis

depressões e proceder-se à remoção de materiais que possam danificar o geotêxtil;

d) Verificar sobreposições e costuras dos geotêxteis;

e) Verificar espaçamento dos pinos de fixação do geotêxtil;

f) Evitar a colocação do geotêxtil de forma que o mesmo não fique sob tensão com

possibilidade de ocorrência de danos à sua instalação;

g) Evitar a formação de rugas no geotêxtil e proceder às devidas ancoragens; h) Certificar-se de que durante a instalação do sistema não haja possibilidade de chuvas.

141

7.3 EXECUÇÃO DO MODELO EM CAMPO NA CIDADE DE ANÁPOLIS

Os ensaios realizados em laboratório mostraram que o geotêxtil OP-15 apresentou um

bom desempenho/ trabalhabilidade para o solo da erosão de Anápolis. Outro fator verificado

durante a realização dos ensaios de filtração é que os geotêxteis mostraram desempenho

satisfatório quanto à passagem de fluxo pelo seu corpo até em primeiro momento com o

geotêxtil virgem. Entretanto, quando do reuso do geotêxtil ficou evidente que o solo retido na

face de montante e o própria impregnação do mesmo passou a ter grande influência nas

propriedades hidráulicas do sistema. Portanto, não se justificaria a escolha de um geotêxtil

mais denso e conseqüentemente mais caro, como exemplo o OP-30 ou OP-60, para utilização

no modelo. Por outro lado, a utilização de um geotêxtil menos resistente, como o VP-75,

poderia comprometer, em termos de resistência mecânica, o desempenho do sistema a longo

prazo.

A partir dessas considerações, e procedimentos de projetos que serão mostrados mais a

diante para o modelo instalado também na Fazenda da Faber-Castell, no município do Prata

(MG), partiu-se para a instalação, em dezembro de 2003, do modelo em campo na erosão

localizada na cidade de Anápolis no Estado de Goiás.

Em função das dimensões da erosão não apresentarem taludes que pudessem

comprometer a obra não foi realizada nenhuma análise de estabilidade.

Inicialmente, previu-se a instalação de barreiras para retenção de sedimentos com a

utilização de telas metálicas, hastes de madeira e geotêxtil, tentando-se simular os ensaios

realizados em laboratório, e também a instalação de um barramento com a utilização do

geotêxtil em gabião. Infelizmente, não se obteve o sucesso esperado em função da

programação de utilização do equipamento de tipo retroescavadeira para a conclusão da obra

e um evento chuvoso, que ocorreu no último dia da instalação do modelo, acabou por

comprometer o sistema construído, principalmente em função do comprometimento das

ombreiras da erosão com os barramentos.

Mesmo com o comprometimento do sistema implantado em campo, foi possível

constatar a grande quantidade de sedimentos produzidos à montante da erosão e a

funcionalidade deste tipo de estrutura para recuperação de processos erosivos de pequeno a

médio porte, pois com apenas uma chuva, não muito intensa, houve grande retenção de

sedimentos pelas barreiras instaladas. Outro fator que merece destaque é quanto à importância

que deve ser dada à instalação de qualquer obra, mesmo uma de pequeno porte como a que se

trabalhou, em função dos acontecimentos que ocorreram.

142

Apenas para o primeiro barramento a retenção de sedimentos atingiu a altura

aproximada de 1,0 metro com largura de 4,0 metros e volume próximo de 5 m3 de sedimentos.

Na execução do sistema foram utilizadas ferramentas comuns do dia-a-dia da

construção, tela metálica galvanizada utilizada para construção de cercas, geotêxtil, nível de

mangueira, grampos, alguns dos materiais mostrados na Figura 7.5.

As Figuras 7.6 a 7.12 mostram a execução do modelo em campo para recuperação da

erosão. Nessa erosão foram construídos três barramentos com espaçamento de 20 metros

entre eles em função da baixa declividade do talvegue da erosão.

Ressalta-se que o emprego da tela metálica galvanizada 2,0 mm utilizada para cercas

possui resistência bastante elevada o que seria uma vantagem, entretanto o seu manuseio

tornou-se bastante difícil pela rigidez que o material apresenta.

Figura 7.5 - Materiais utilizados na implantação do modelo em campo.

143

Figura 7.6 - Corte transversal à erosão para a implantação do modelo.

Figura 7.7 - Instalação das hastes de madeira.

144

Figura 7.8 - Instalação da tela metálica. Atentar para a ancoragem na lateral da erosão.

Figura 7.9 - Colocação do geotêxtil.

145

Figura 7.10 – Instalação do geotêxtil.

Figura 7.11 - Vista de jusante do barramento.

146

Figura 7.12 - Vista de montante após um evento chuvoso com os sedimentos retidos.

7.4 IMPLANTAÇÃO DO MODELO NO MUNICÍPIO DO PRATA EM MINAS

GERAIS

7.4.1 LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

O município do Prata está localizado na porção central da mesoregião denominada

Triângulo Mineiro / Alto Paranaíba, estado de Minas Gerias, entre as bacias dos rios

Paranaíba e Grande, que fazem parte da bacia do rio Paraná. O município é delimitado

aproximadamente pelos paralelos S 18º 55’ 00’’ e S 19º 24’ 00” e pelos meridianos W 48º 24’

00’’ e W 49º 10’ 00’’. Sua área total é de 4.899 km2. Os municípios limítrofes são: ao Norte,

Monte Alegre de Minas e Ituiutaba; ao Sul Comendador Gomes, Campo Florido e Veríssimo;

a oeste Campina Verde; e a leste Uberlândia. O município tem como limites naturais os Rios

Tejuco, na porção ao norte e ao sul, os rios Verde e do Peixe.

A principal via de acesso ao município é a BR 153 ligando o município aos estados de

Goiás e São Paulo e a MG 497 ligando os municípios de Uberlândia e Campina Verde.

147

7.4.2 CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROCESSO EROSIVO NA REGIÃO

Francisco (2003) em sua dissertação de mestrado diz que os processos erosivos que

ocorrem em algumas fazendas da empresa Faber Castell no município do Prata-MG, são

decorrentes das ações conjugadas dos fluxos superficial e sub-superficial concentrados, além

da susceptibilidade natural do solo a ocorrências erosivas e forma incorreta de uso e ocupação

dos solos regionais desde a década de 60.

Essas ocorrências erosivas estão associadas aos carreadores de escoamento de

produção, uma vez que estes favorecem a concentração do escoamento superficial. Em

decorrência da implantação de processos erosivos lineares e laminares, outros processos se

desencadeiam em decorrência das erosões, tais como: assoreamento de canais fluviais, perda

de fertilidade do solo e desvalorização do imóvel rural.

As erosões regionais, em sua maioria, apresentam morfologias em forma de “U”

(voçorocas) quando se tem evolução associada a fluxo superficial e sub-superficial

concentrados e em “V” (ravinas) quando se tem apenas fluxo superficial concentrado. São

caracterizadas por apresentarem taludes íngremes, estáveis no período de seca e instáveis no

período chuvoso, evoluindo lateralmente por solapamento basal e quedas de blocos à erosão.

Mostra características mistas entre ravina e voçoroca, podendo durante o período chuvoso

sofrer influência da dinâmica de oscilação do nível freático e se conectar à surgência d’água,

justamente quando aumenta a intensidade erosiva.

Francisco (2003) mostra também o cadastramento de 43 Ravinas e 2 voçorocas nas

fazendas da Faber Castell no município do Prata (MG), sendo que na fazenda Buriti dos Bois,

houve o cadastramento de 7 erosões lineares, sendo 6 ravinas e 1 voçoroca. Ele realizou

vários ensaios de caracterização e constatou que os solos presentes no município do Prata

possuem, na sua maioria, granulometrias que variam das areias grossas até argilas. Aquele

autor recomenda que a melhor opção para enfrentar o problema da erosão linear é o

planejamento da utilização das terras, sobretudo das áreas suscetíveis, uma vez que o

fenômeno se instala e evolui, sendo sua reversão, sobretudo, muito dispendiosa ou mesmo

inviável economicamente. Recomenda também a elaboração de um plano de manejo para as

propriedades rurais, envolvendo respeito às leis ambientais e práticas conservacionistas,

articulados por unidade ambiental como sub-bacias pequenas (microbacias).

148

7.4.3 DETALHES DOS PROCEDIMENTOS ADOTADOS PARA O PROJETO

Nos itens a seguir são descritos os principais procedimentos utilizados para o

dimensionamento e execução do projeto para recuperação do processo erosivo no município

do Prata.

7.4.3.1 VERIFICAÇÃO DAS CONDIÇÕES LOCAIS

Primeiramente realizaram-se visitas a diversas áreas das fazendas da Faber Castell e

optou-se por trabalhar numa das erosões da Fazenda Buriti dos Bois, isto em função da

elevada produção de sedimentos e por permitir a instalação do sistema sem o seu

comprometimento em termos de estabilidade.

A) Estimativa do volume de escoamento superficial

Pode ser obtida pelo método racional, a seguir:

Q = C . i . A ......................................................................................................................... (7.1)

Onde:

Q = Vazão de escoamento (m3/s);

C = Coeficiente de escoamento;

i = intensidade da chuva (mm/h);

A = Área superficial de escoamento (ha).

Geralmente, usa-se C = 0,2 para superfícies rugosas e C = 0,6 para superfícies lisas.

Deve-se utilizar a precipitação pluviométrica, i, apropriada para a localidade. Para a situação

em questão adotou-se uma chuva de projeto de 50 mm/h. Como não se dispunha de um

levantamento topográfico a fim de determinar a área de contribuição, utilizou-se uma área

igual a 1 (um) hectare (=10.000 m2).

Com esses valores, tem-se Q = 0,2 x 0,05 x 10.000 = 100 m3/h.

B) Estimativa do volume de sedimentos

A estimativa pode ser obtida pela Equação Universal de Perdas de Solos apresentada

no Capítulo 2 ou pela própria equação prática apresentada por Richardson and Middlebrooks

(1991) citados por Holtz et al. (1997), também mostrada no Capítulo 2 e reapresentada a

seguir:

A = 2,2.R.K.L.S.C.P ............................................................................................................ (7.2)

149

Onde:

A = perda de solo por unidade de área e tempo, as unidades são (t/ha.ano);

R = fator de erosividade da chuva, que expressa a capacidade erosiva da precipitação média

anual da região;

K = fator de erodibilidade do solo que representa a capacidade do solo de sofrer erosão por

uma determinada chuva;

LS = fator de declividade e comprimento do talude;

C = fator que expressa o uso e manejo do solo e cultura (C = 1 para nenhuma cobertura);

P = fator que expressa a prática conservacionista do solo (P=1 para práticas mínimas).

Geralmente os valores de R são adotados, conforme apresentado a seguir:

R < 250 – erosividade fraca;

250 < R < 500 – erosividade moderada;

500 < R < 750 – erosividade moderada à forte;

750 < R < 1000 – erosividade forte;

R > 1000 – erosividade muito forte.

Os valores do produto KLS são obtidos da Figura 7.13 apresentada a seguir:

Inclinação do terreno x Fator KLS

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 5 10 15 20 25 30Inclinação do terreno (%)

KLS

Silte

Argila Siltosa

Argila

Areia

Figura 7.13 – Fator KLS para perda de solos x inclinação do terreno (modificado –

Richardson e Middlebrooks, 1991).

Adotando-se os valores de R = 500; KLS = 0,05 (para declividade de 5% na Figura

7.13); C = 1 e P = 1, tem-se A = 55 ton/ha.ano.

150

7.4.3.2 DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDADE DO SISTEMA

A) Determinação do comprimento das fichas das hastes

Decidiu-se por trabalhar com um total de quatro barramentos com 4, 3, 2 e 1 metro de

altura, sendo implantados inicialmente três, conforme mostra a Figura 7.14. Esta figura

mostra o sistema dimensionado quanto à profundidade que cada haste deveria ser enterrada. O

cálculo da ficha de cada barramento foi feito seguindo as recomendações de Bowles (1968)

para cortinas em balanço.

1Barramento

2

Base da erosão3

A ser implantado

4

2,0 m 2,0 m 2,0 m

4,0

m

3,0

m

1,0

m

2,0

m

1,3

m

2,6

m

3,9

m

5,3

m

Figura 7.14 – Dimensionamento das fichas de cada estaca.

Em muitos casos, torna-se difícil a escavação da profundidade compatível com a

estabilidade do sistema, devido à resistência que alguns solos do talvegue da erosão

apresentam. Para isso, pode ser necessário que se opte por uma ancoragem dos barramentos,

conforme mostra a Figura 7.15, a fim de aumentar a estabilidade com a limitação da

escavação.

Outro sistema que se pensou para o aumento da estabilidade é o apresentado na Figura

7.16, onde se pode trabalhar com o reforço do solo em etapas à medida que ocorre o

assoreamento.

151

1Barramento Ancoragem

TiranteBase da erosão

Ancoragem

Solo

Sentido do escoamento

Figura 7.15 – Ancoragem com tirante objetivando-se diminuir a escavação.

1Barramento

Base da erosão

Solo

Geotêxtil

Figura 7.16 – Solo reforçado com os sedimentos retidos.

B) Análise de estabilidade dos taludes

Dada a importante profundidade da erosão, aproximadamente 8 metros, foram

efetuadas análises de estabilidade dos taludes visando verificar se as alterações de geometria e

152

saturação nas margens do processo de recuperação da erosão provocariam deslizamentos e/ou

instabilidades de massas de solo, pois possíveis deslizamentos poderiam contribuir para o

alargamento da erosão, podendo comprometer o modelo instalado.

Nas análises dos taludes laterais foram utilizados, para o solo natural, coesão de 10

kPa, ângulo de atrito de 30º, peso específico aparente de 15,8 kN/m3 e a inclinação do talude

de aproximadamente 60º, sem contudo considerar a sucção no solo. Os parâmetros de

resistência para o solo natural foram obtidos do ensaio de cisalhamento direto na condição

saturada e o peso específico pela determinação da massa específica aparente de amostras

indeformadas com o emprego da balança hidrostática (ABNT/NBR 10838). A Figura 7.17

mostra o gráfico obtido para o ensaio de cisalhamento direto realizado sobre a amostra

indeformada.

Ensaio de Cisalhamento Direto - Erosão Buriti dos Bois

y = 0,51930x + 9,56522R2 = 0,99897

0102030405060708090

100110120

0 50 100 150 200σ (kPa)

τ (k

Pa) )

Figura 7.17 - Gráfico obtido para o ensaio de cisalhamento direto da amostra coletada.

Para a verificação da estabilidade nos taludes laterais foram estudados 16 casos

seguindo a forma de recuperação da erosão prevista para o campo. Com isso, analisaram-se

situações em que houvesse o aumento da altura de sedimentos de metro em metro de forma

que sempre ficasse um desnível de 1 metro entre o primeiro e segundo barramento e 1 metro

entre o segundo e o terceiro barramento.

No processo de recuperação instalaram-se três barramentos com alturas aproximadas

de um metro para o primeiro e segundo barramentos, e 0,80 metro para o terceiro barramento.

Isso em função das análises de estabilidades efetudas.

Apresentam-se a seguir os resultados das análises de estabilidade dos taludes

efetuadas com o programa SLOPE/W, versão 5. Nos resultados obtidos das análises por esse

153

programa, são mostrados o maciço de solo, a malha de centros críticos, a superfície de ruptura

crítica e o menor fator de segurança obtido.

No primeiro caso, Figura 7.18, verificou-se a estabilidade dos taludes da erosão na

condição em que se encontrava, ou seja, sem nenhuma interferência na erosão. Por intermédio

desta figura, observa-se que as condições adotadas para o talude e o perfil de solo propiciam

um fator de segurança de 1,122 (considerado baixo), indicando certa instabilidade do talude.

Na realidade se considerados o efeito da sucção este valor seria maior.

No segundo caso, Figura 7.19, verifica-se a estabilidade para as mesmas condições

geométricas da Figura 7.18, porém considerando o nível d’água de 1 metro na face do talude.

Essa seria a condição para o primeiro barramento com 1 metro de altura em que após a

instalação do sistema, ocorresse um evento chuvoso com acúmulo de material no barramento

até essa altura. Nesta figura observa-se que as condições adotadas para o talude e o perfil de

solo propiciam um fator de segurança de 1,067 (considerado baixo), indicando também certa

instabilidade para a condição apresentada.

No terceiro caso, Figura 7.20, verifica-se a estabilidade para as mesmas condições

geométricas da Figura 7.19, porém considerando 1 metro de solo sedimentado produzido e

retido a montante do primeiro barramento, adotando-se para esse sedimento ângulo de atrito

igual a 25º, coesão de 3 kPa e peso específico aparente do solo de 12 kN/m3. Tais valores

foram adotados de acordo com bibliografias sobre o assunto para esse tipo de solo.

No quarto caso, Figura 7.21, verifica-se a estabilidade para as mesmas condições

geométricas da Figura 7.20, porém considerando um nível d’água de aproximadamente 1,0

metro acima do solo sedimentado que seria a situação com a ocorrência de assoreamento total

do primeiro, segundo e terceiro barramento e a conseqüente instalação do aumento de 1,0

metro para o primeiro barramento, ou seja, um segundo estágio da recuperação, com a

ocorrência de um evento chuvoso. Nesta figura, observa-se que as condições adotadas para o

talude e o perfil de solo propicia um fator de segurança de 1,019, indicando valor baixo,

porém ainda estável.

A Tabela 7.1 apresenta os 16 casos considerados para as análises de estabilidades dos

taludes naturais bem como a plotagem dos valores na Figura 7.34, e as Figura 7.18 a 7.33

apresentam os resultados em forma gráfica nas figuras em que cada situação estudada é

analisada de forma seqüencial para as situações que ocorreriam durante a recuperação do

processo erosivo.

154

1.20

0

1.3

00

1.4

00 1

.500

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16 1.122

Ângulo de Atrito = 30ºCoesão = 10 kPa

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.18 – Caso 01: Talude natural: Análise de estabilidade sem interferência na erosão.

1.100 1.200

1.3

00

1.4

00

1.5

50

1.650

1.8

50

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

161.067


Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.19 – Caso 02: Análise de estabilidade com nível d’água de 1 m na face do talude.

155

1.

400

1.5

00

1.6

00

1.8

00

1.215

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.20 – Caso 03: Análise de estabilidade com 1 m de solo sedimentado.

1.4

00

1.5

00

1.6

00

1.8

00

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1.019


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.21 - Caso 04: Análise de estabilidade com 1 metro de sedimento e nível d’água 1,0

m acima do sedimento.

156

1.

400

1.5

00 1

.600

1.8

00

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

161.333


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.22 - Caso 05: Análise de estabilidade com 2 metros de solo sedimentado.

1.40

0

1.5

00

1.6

00

1.8

00

Altu

ra (

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1.088


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.23 - Caso 06: Análise de estabilidade com 2 metros de sedimento e nível d’água 1 m

acima do sedimento.

157

1

1.8

00

.500

1.60

0

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1.443


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.24 - Caso 07: Análise de estabilidade com 3 metros de solo sedimentado.

1.40

0

1.5

00

1.6

00

1.8

00

Altu

ra (

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1.062


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.25 - Caso 08: Análise de estabilidade com 3 metros de sedimento e nível d’água 1 m

acima do sedimento.

158

1.800 1.656A

ltura

(m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.26 – Caso 09: Análise de estabilidade com 4 metros de solo sedimentado.

1.40

0

1.50

0

1.6

00

1.8

00

Altu

ra (

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1.113


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.27 – Caso 10: Análise de estabilidade com 4 metros de sedimento e nível d’água 1 m acima do sedimento.

159

1.969

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


1.400

1.500 1.60

0

1.80

0

Altu

ra (

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1.185


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.29 – Caso 12: Análise de estabilidade com 5 metros de sedimento e nível d’água 1 m acima do sedimento.

160

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

2.831


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


1.5

00

1.600

1.80

0

1.428

Altu

ra (

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.31 – Caso 14: Análise de estabilidade com 6 metros de sedimento e nível d’água 1 metro acima do sedimento.

161

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

4.680


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


Altu

ra (

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1.821


Solo Sedimentado

Solo Natural

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.33 – Caso 16: Análise de estabilidade com 6 metros de sedimento e nível d’água 1,0

metro acima do sedimento.

Tabela 7.1 – Resultados das análises dos taludes naturais.

162

Altura (m) Caso Talude Natural Solo Sedimentado Água

Fator de Segurança Obtido (FS)

01 8 0 0 1,122 02 8 0 1 1,067 03 8 1 0 1,215 04 8 1 2 1,019 05 8 2 0 1,333 06 8 2 3 1,088 07 8 3 0 1,443 08 8 3 4 1,062 09 8 4 0 1,656 10 8 4 5 1,113 11 8 5 0 1,969 12 8 5 6 1,185 13 8 6 0 2,831 14 8 6 7 1,428 15 8 7 0 4,680 16 8 7 8 1,821

Fator de Segurança x Altura

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0Fator de Segurança

Altu

ra (m

FS com sedimentoFS com 1m de água acima do sedimento

Figura 7.34 – Fator de segurança x Altura do barramento.

Após a verificação dos taludes laterais, partiu-se então para as análises quanto ao

talude que seria formado quando do preenchimento total do sistema implantado.

A Figura 7.35 mostra um talude similar ao que seria formado quando o sistema

estivesse totalmente preenchido com sedimentos. Este talude possui altura total de 4,0 metros,

comprimento de 8,0 metros e talude inclinação de 26,6º. Os parâmetros utilizados para a

análise foram os do solo sedimentado. O fator de segurança obtido foi de 1,751, considerado

estável para a situação apresentado.

Entretanto, quando se simulou a saturação total do talude o fator de segurança caiu

para 0,630, condição instável para a situação apresentada, conforme mostra a Figura 7.36.

163

1.8

00

1.9

00

2.0

00

2.1

00

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16 1.751

SOLO SEDIMENTADOÂngulo de Atrito = 25ºCoesão = 3 kPa

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.35 - Talude similar ao que seria formado quando o sistema estivesse totalmente preenchido com sedimentos.

Altu

ra (

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0.630


Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.36 - Talude similar ao que seria formado quando o sistema estivesse totalmente

preenchido com sedimentos e escoamento superficial.

164

Como as análises mostradas nas Figuras 7.35 e 7.36, partiu-se então para uma situação

mais realista, ou seja, a simulação com a introdução das estacas de madeira.

Para a introdução das estacas de madeira na simulação, utilizou-se a resistência ao

cisalhamento paralela às fibras (pior situação – apesar de o cisalhamento, neste caso, ocorrer

perpendicular às fibras) e transformou-se em resistência para um elemento de solo, conforme

mostra a Figura 7.37 e descrito em seguida.

Estaca de madeira (diâmetro variando de 8 a 12 cm)

60 cm (espaçamento entre as estacas)

8 a

12 c

mSolo

Figura 7.37 – Elemento de solo transformado.

Os diâmetros das estacas de madeira utilizadas na implantação do modelo apresentam

média de 8,0 a 12,0 cm, sendo as de 12,0 cm utilizadas para o primeiro e segundo barramento

e as de 8,0 utilizadas para o terceiro barramento.

A madeira utilizada foi o Eucaliyptus citriodora, que possui resistência ao

cisalhamento de 10.700 kPa (Pfeil, 2003). Mesmo multiplicando-se este valor pela área de

menor diâmetro da madeira (8,0 cm), tem-se a força de 5378,4 kgf e dividindo-se este valor

pela faixa de solo (8 cm x 60 cm – distância entre as hastes), tem-se 1120 kPa.

Para a análise, utilizou-se apenas 100 kPa e obteve-se um fator de segurança igual a

3,130, indicando uma condição bastante estável para a situação apresentada. Numa segunda

análise simulou-se a saturação completa do talude formado e o fator de segurança caiu para

1,801, mesmo assim indicando boa estabilidade global para o sistema formado. As Figuras

7.38 e 7.39 mostram as análises efetuadas.

165

3.5

00 4

.000

4.500

3.130

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16


SOLO NATURALÂngulo de Atrito = 30°Coesão = 10 kPa

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.38 - Talude que seria formado quando o sistema estivesse totalmente preenchido

com sedimentos.

3.000

3.5

00

4.0

00

4.5

00

Altu

ra (m

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1.801


SOLO NATURALÂngulo de Atrito = 30°Coesão = 10 kPa

Distância (m)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Figura 7.39 - Talude que seria formado quando o sistema estivesse totalmente preenchido

com sedimentos e escoamento superficial.

166

C) Dimensionamento das hastes

C.1) Análises quanto à deformabilidade das hastes

A deformabilidade da haste pode ser estimada, utilizando-se o Princípio dos Trabalhos

Virtuais (PTV), limitada apenas a deformabilidade da haste, não sendo considerado, por este

método, a deformação no solo, conforme Equação 7.3.

EIqL

15

4

=δ ............................................................................................................................. (7.3)

Onde:

δ = deslocamento;

q = carregamento;

L = comprimento do balanço;

E = módulo de elasticidade do material;

I = inércia transversal da peça.

C.2) Análise quanto à flexão

No dimensionamento segundo a NBR 7190 de peças de madeira maciça em flexão simples são verificadas as tensões que seguem:

a) Tensões normais de flexão nos bordos mais comprimidos e mais tracionados da seção da peça:

tdt

dtd f

WM

≤=σ .....................................................................................................................(7.4)

cdc

dcd f

WM

≤=σ ....................................................................................................................(7.5)

Onde:

Md = momento fletor solicitante de projeto;

Wt, Wc = módulos de resistência à flexão referidas aos bordos tracionado e comprimido da seção, respectivamente;

W = I/y, em que I é o momento de inércia da seção e y é a distância entre o centro de gravidade da seção e o ponto considerado para cálculo de tensão;

ƒtd, ƒcd = tensões resistentes de projeto à tração e à compressão paralelas às fibras, respectivamente.

Para uma seção retangular, de base b e altura h, as Equações 7.4 e 7.5, conduzem a:

167

tdd

td fbhM

≤= 26σ ....................................................................................................................(7.6)

cdd

cd fbhM

≤= 26σ ...................................................................................................................(7.7)

Para a madeira utilizada, Eucaliyptus citriodora, ƒcd = 62,0 MPa e ƒtd = 123,6 MPa (Pfeil, 2003).

A Figura 7.40 representa as tensões normais no elemento de solo considerado para o cálculo de verificação quanto às tensões de flexão.

Estaca de madeira (diâmetro de 12 cm) Bordo comprimido

σc

M

σt Bordo tracionadob = 60 cm (espaçamento entre as estacas)

h =

12 c

m

YcYd

Solo

Figura 7.40 – Tensões normais no elemento retangular considerado.

Para o ângulo de atrito do sedimento igual a 25º; peso específico de 12 kN/m3

; altura

do barramento de 4 metros e espaçamento de 60 cm entre as hastes, verificou-se que a tensão

solicitante de compressão seria maior que a resistente da madeira para a altura de 4 m.

Entretanto, como a haste não ficaria com balanço total de 4 metros, testou-se com um balanço

de 3 metros. Nessa situação o momento resistente seria maior que o solicitante, sendo a

condição atendida.

D) Escolha da tela metálica

A tela metálica escolhida foi a comercialmente conhecida como tela pinteiro com

arame de dois milímetros de diâmetro e abertura de 5 cm. Optou-se por utilizar esta tela em

função de sua rigidez não ser tão elevada, o que facilitou a trabalhabilidade.

E) Dimensionamento / Seleção do Geotêxtil

E.1) Propriedades Hidráulicas

Para geotêxteis submetidos à retenção de partículas em escoamento, Holtz et al.

(1997), sugerem utilizar o AOS nominal do geotêxtil e os valores de permissividade

conhecidos, como segue:

168

0,15 mm < AOS < 0,60 mm para geotêxteis tecidos;

0,15 mm < AOS < 0,30 mm para todos os outros geotêxteis;

Permissividade, ψ > 0,02 s-1.

Como os ensaios realizados em laboratório mostraram que o geotêxtil OP-15

apresentou um bom desempenho/trabalhabilidade para os solos estudados e por ter

apresentado AOS de 0,131 mm (próximo ao recomendado por Holtz et al, 1997), optou-se por

utilizar este geotêxtil no modelo de campo.

E.2) Propriedades Físicas e Mecânicas

Os geotêxteis devem ser capazes de suportar tanto a água represada quanto os

sedimentos retidos a montante do barramento. Por isso, o esforço mínimo depende da altura e

espaçamento entre as hastes.

Para os esforços em questão o geotêxtil OP-15 com resistência superior a 40 kN/m não

comprometeria o modelo.

E.3) Estimativa do volume passante pelo geotêxtil

A estimativa do volume de material passante pelo geotêxtil pode ser obtida

multiplicando-se a área disponível para passagem do fluxo pelo valor na estabilização do

gráfico obtido e plotado na unidade (cm3.s-1)/(cm2) mostrado no Capítulo 6.

Outra alternativa seria considerar o fluxo passante pelo geotêxtil, pegando-se o valor

final aos 30 minutos quando do reuso do geotêxtil.

Apesar de saber que existe a parcela passante pelo geotêxtil ela foi desprezada em

função dos ensaios terem mostrado que a partir de um determinado instante há considerável

redução no fluxo passante pelo geotêxtil.

F) Dimensionamento do Vertedouro

O Cálculo do vertedouro pode ser obtido pela Fórmula de Francis, indicada a seguir

para vertedouro com contrações, cuja largura é inferior à do canal em que se encontra

instalado (L < B), conforme mostrado na Figura 7.41.

Observação: Certamente o mais indicado seria o dimensionamento de um vertedouro

triangular sem contração lateral, pois se teria um aproveitamento maior da altura do

barramento.

169

Face Crista ou Soleira

H

B B

L = largura do vertedor; H = carga do vertedor; B = largura do canal.

L

Vertedor retangular Vertedor triangular

H

Figura 7.41 – Tipos de vertedouros para os barramentos.

Para o caso de duas contrações laterais, pela Fórmula de Francis para vertedouro

retangular, tem-se:

23

102838,1 HHLQ ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −= .........................................................................................................(7.4)

No caso de vertedouro triangular, costuma-se utilizar a Fórmula de Thomson, a seguir:

25

4,1 HQ = ............................................................................................................................ (7.5)

Onde:

Q = vazão passante pelo vertedouro;

L = largura do vertedouro;

H = carga do vertedouro.

A vazão de escoamento, calculada anteriormente, foi de Q = 100 m3/h:

Utilizando-se a Equação 7.5, pode-se utilizar entre outras conformações, L = 0,30 m e

H = 0,15 m.

Apesar desses valores, além do vertedouro executado, optou-se por utilizar proteção

lateral dos taludes com geotêxtil caso houvesse transbordamento do material pelo barramento,

conforme mostra a Figura 7.62.

7.4.3.3 INSTALAÇÃO DO MODELO EM CAMPO

As Figuras 7.42 a 7.62 mostram o procedimento e modelo implantado em campo para

recuperação da erosão. Nessa erosão foram construídos três barramentos com espaçamento de

170

2 metros entre eles em função das análises de estabilidades associadas ao processo de

recuperação em questão, em Janeiro de 2004.

Na instalação do sistema foram utilizadas ferramentas comuns do dia-a-dia da

construção, tela metálica tipo pinteiro, geotêxtil, nível de mangueira, grampos, entre outras. O

custo total aproximado para a obra foi de R$ 1.105,13, que por metro quadrado de barramento

executado ficou em aproximadamente R$ 25,12, com a cotação do dólar de R$ 2,764, para o

dia 16 de março de 2005. Este custo está considerando apenas os materiais empregados no

barramento, tais como: geotêxtil, tela metálica, arame recozido galvanizado, grampo metálico,

madeira tratada tipo eucalipto e pregos.

Ressalta-se novamente que a tela metálica galvanizada utilizada na erosão de Anápolis

possui resistência bastante elevada, o que seria uma vantagem. Entretanto, o seu uso tornou-se

bastante difícil pela rigidez que apresenta o que tornou inviável o seu uso na erosão da Faber

Castell.

Com o comprometimento das ombreiras na erosão de Anápolis, optou-se por utilizar o

sistema em forma de caixa para a erosão da Faber Castell. Nesse sistema, utilizou-se proteção

lateral para todo o trecho onde se instalou o sistema, conforme mostra a Figura 7.62.

A fixação do geotêxtil nos taludes e no talvegue foi executada com pinos metálicos em

ferro de 5,0 mm de diâmetro, comprimento de 30 cm e dobra de 3 cm. A Figuras 7.45 mostra

o desenho esquemático da fixação do geotêxtil nos taludes e talvegue da erosão.

No mês de agosto de 2004 fez-se uma visita ao local onde se instalou o modelo e

pôde-se verificar que o sistema se encontrava em perfeitas condições e que havia pouca

quantidade de sedimentos retidos no primeiro barramento, aproximadamente 30 cm de altura,

isso em função das poucas chuvas que caíram após a instalação.

N. T.

Geotêxtil

Limite da voçoroca

Pinos de fixação

Figura 7.42 – Desenho esquemático dos pinos de fixação no geotêxtil.

171

Pinos de Fixação

0,50

m0,

50 m

0,50

m

3 cm

30 c

m

0,50 m 0,50 m 0,50 m 0,50 m

Figura 7.43 – Detalhe de tamanho e espaçamento dos grampos de fixação.

Figura 7.44 - Escolha do local para instalação.

172

Figura 7.45 - Vista geral do local.

Figura 7.46 - Limpeza do local.

173

Figura 7.47 - Execução dos furos com o trado helicoidal.

Figura 7.48 - Execução dos furos com o trado helicoidal.

174

Figura 7.49 – Retirada do material com o trado helicoidal.

Figura 7.50 - Furos já executados com o trado helicoidal.

175

Figura 7.51 - Execução dos furos na lateral com o trado helicoidal.

Figura 7.52 – Colocação das hastes de madeira nos furos.

176

Figura 7.53 - Preparação da mistura de solo-cimento (1 volume de cimento para 8 volumes de

solo).

Figura 7.54 - Preparação da mistura de solo-cimento.

177

Figura 7.55 - Colocação da mistura de solo-cimento no furo com a haste.

Figura 7.56 - Hastes de madeira instaladas.

178

Figura 7.57 - Abertura lateral para o contato da obra com a lateral da erosão.

Figura 7.58 - Abertura lateral para o contato da obra com a lateral da erosão.

179

Figura 7.59 - Instalação das telas metálicas.

Figura 7.60 - Detalhe do 3º barramento instalado.

180

Figura 7.61 - Execução do contato do geotêxtil com a lateral da erosão.

Figura 7.62 - Vista geral da obra executada.

181

8. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS

8.1 CONCLUSÕES

Esta pesquisa procurou apresentar considerações sobre os processos erosivos e formas

de controle com a utilização dos principais geossintéticos que estão sendo empregados em

diversas localidades do mundo na correção de tais processos. Procurou-se também apresentar

o mecanismo de retenção de partículas sólidas gerados por processos erosivos com a

realização de ensaios especiais de laboratório em equipamento de grande porte. A

implantação de modelo em campo permitiu avaliar a aplicabilidade dos geotêxteis de baixa

gramatura e menores custos a problemas de controle de erosão conduzindo a proposição de

metodologia executiva para barramentos em que se usa este tipo de material. Os estudos

realizados permitiram concluir que:

• O equipamento utilizado permitiu a avaliação preliminar da utilização de geotêxteis como

barreiras para partículas sólidas em estruturas de controle de erosões;

• Para os sistemas solos/geotêxteis utilizados, o comportamento da vazão nos ensaios

executados apresentou determinada unicidade com a ocorrência de decréscimo inicial e

certa estabilização, a partir de determinado intervalo de tempo, indicando que na escolha

de um geotêxtil para filtração, deve-se avaliar tanto a redução da vazão quanto o seu valor

após a estabilização;

• Os geotêxteis mostram desempenho satisfatório à passagem de fluxo pelo seu corpo até um

primeiro momento com o geotêxtil virgem. Entretanto quando do reuso do geotêxtil ficou

evidente que a camada de solo acumulado na face de montante e impregnação no mesmo

tem grande influência nas propriedades hidráulicas do sistema. Portanto, não se justifica a

escolha de um geotêxtil mais denso e consequentemente mais caro. Por outro lado, a

utilização de um geotêxtil, pouco resistente pode comprometer, em termos de resistência

mecânica, o desempenho do sistema em longo prazo;

• O desempenho do sistema solo-geotêxtil foi afetado diretamente pela granulometria do

solo e pelas características dos geotêxteis;

• Na utilização do geotêxtil é fundamental que se conheça a composição granulométrica do

solo a ser retido, visto que o geotêxtil é mais afetado quando o solo possui característica

siltosa e/ou argilosa. Já no caso de solo granular a sua capacidade no reuso é menos

afetada;

182

• Os grãos de solos passantes pelos geotêxteis nos ensaios executados correspondentes a D95

ficaram abaixo da abertura de filtração do geotêxtil (O95), mostrando que as partículas do

material passante dependem tanto do solo quanto do geotêxtil, o que limita a extrapolação

dos resultados obtidos a outros sistemas solo-geotêxtil diferentes dos empregados no

presente estudo;

• Os ensaios de sólidos totais mostraram que a quantidade de partículas sólidas sofria

considerável redução após os primeiros minutos dos ensaios, notando-se pouca passagem a

partir de um determinado intervalo de tempo, principalmente pela formação de uma

camada de solo na face de montante do geotêxtil e também pela diminuição da velocidade

do fluxo no canal;

• A variação nas alturas no canal de montante referentes aos diferentes geotêxteis utilizados


diferentes para cada um deles. Como exemplo, um geotêxtil mais leve para o primeiro,


importante para evitar possíveis transbordamentos e aumentar a eficiência quanto à

retenção de sólidos, visto que se poderia trabalhar com a retenção de partículas maiores no

primeiro, intermediárias no segundo e finas num terceiro barramento;

• Os ensaios realizados mostraram que as permeabilidades dos sistemas solo-geotêxtil

tiveram poucas variações durante os ensaios com os diferentes geotêxteis virgens, vindo a

sofrer considerável decréscimo quando do reuso do geotêxtil;

• Mesmo com o comprometimento do sistema verificado em campo para a erosão de

Anápolis (GO), foi possível visualizar a grande quantidade de sedimentos produzidos à

montante da erosão, pois com apenas uma chuva não muito intensa que caiu houve grande

retenção de sedimentos nas barreiras instaladas;

• O modelo instalado na erosão de Anápolis, permitiu aprimorá-lo com a inclusão de novos

procedimentos e cuidados a serem tomados para o não comprometimento do sistema de

recuperação do processo erosivo.

8.2. RECOMENDAÇÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS

Para o estabelecimento das medidas corretivas de processos erosivos, é necessário o

desenvolvimento de estudos mais detalhados a fim de se estabelecer a recuperação da área

erodida e que a metodologia de intervenção a ser adotada seja adaptável para cada caso,

dependendo das condições peculiares do local.

183

Recomenda-se a execução de ensaios de longa duração similares aos realizados nesta

pesquisa, com o objetivo de se avaliar o comportamento do sistema geotêxtil/solo para as

mais diferentes composições granulométricas a fim de se determinar vazões de trabalho

passantes pelos sistemas para cada caso.

Recomenda-se, também, para as erosões a serem recuperadas, um estudo completo,

principalmente em termos geológicos, geotécnicos, morfológicos e hidrológicos bem como

uma análise quanto à produção de sedimentos a fim de verificar a viabilidade da utilização do

sistema corretivo de voçorocas com a instalação de barreiras “antierosão” ou “silt fences”,

conforme mostrado nesta Tese, ao longo do talvegue, a fim de reter os sedimentos produzidos

a montante. A partir dai deve-se realizar um monitoramento do sistema principalmente após

precipitações pluviométricas intensas com objetivo da verificação do comportamento da obra.

184

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT (1984). Solo – Determinação do Limite de Liquidez, NBR 6459. ABNT, São Paulo, SP, 6 p.

ABNT (1984). Grãos de Solo que Passam na Peneira de 4,8 mm – Determinação da Massa Específica, NBR 6508. ABNT, São Paulo, SP, 8 p.

ABNT (1984). Solo – Determinação do Limite de Plasticidade, NBR 7180. ABNT, São Paulo, SP, 13 p.

ABNT (1984). Solo – Análise Granulométrica, NBR 7181. ABNT, São Paulo, SP, 13 p.

ABNT (1986). Amostras de Solo - Preparação para Ensaio de Caracterização, NBR 6457. ABNT, São Paulo, SP, 9 p.

ABNT (1986). Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo, com retirada de amostras deformadas e indeformadas, NBR 9604. ABNT, São Paulo, SP.

ABNT (1988). Solo - Determinação da Massa Específica Aparente de Amostras Indeformadas, com Emprego da Balança Hidrostática, NBR 2887. ABNT, São Paulo, SP, 4 p.

ABNT (1989). Águas – Determinação de resíduos (sólidos) – Método gravimétrico, NBR 10.664. ABNT, São Paulo, SP.

ABNT (1995). Terminologia para Rochas e Solos. NBR 6502. ABNT, Rio de Janeiro, 18 p.

ASTM. (1994). ASTM Standard on Geosynthetics, Sponsored by ASTM COMMITTEE D-35 on Geosynthetics, Philadelphia, USA, 104 p.

ABNT. (1997). Projeto de Estruturas de Madeira. NBR 7190. ABNT, Rio de Janeiro.

AZEVEDO NETO, J. M. & ALVAREZ, G. A. (1991). Manual de Hidráulica. 7a ed., Edgard Blücher Ltda., São Paulo, SP.

BAPTISTA, G.M.M. (1997). Diagnóstico Ambiental da Perda Laminar de Solos no Distrito Federal por Meio de Geoprocessamento. Dissertação de Mestrado, UnB, Brasília, DF, 112 p.

BORDAS, M.P. & SEMMELMANN, F.R. (1997). Elementos de Engenharia de Sedimentos. Hidrologia Ciência e Aplicação, Tucci, C.E.M., Editora da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, pp. 915-943.

BOWLES, J. E. (1968). Foundation Analysis and Design. McGraw-Hill, Nova York, 657 p.

CALHOUM, C. C. (1972). Development of design criteria and acceptance specification for plastic filter cloths. U. S. Army of Engineers, Waterways, Experimental Station, Vicksburg, Technical Report pp 72-77.

CAMAPUM DE CARVALHO, J., BLANCO, S. B., MENESES, P. R. & SOUZA, N. M. (1993). Características Geotécnicas de Erosões Situadas no Entorno das Cidades Satélites de Ceilândia, Taguatinga e Samambaia no Distrito Federal, ABGE, Poços de Calda, São Paulo, 151 - 158.

CARVALHO, N.O. (1994). Hidrossedimentologia Prática, CPRM, Rio de Janeiro, RJ, 372p.

185

CARROL, R. G., RONDECAL, J. & COLLIN, J. G. (1992). Geosynthetics in Erosion Control - The Principles. Geotextiles and Geomembranes. International Geotextile Society, vol. 11 (4-6), pp. 523-534.

COSTA, W. D. (1981). Taludes Naturais: “Caso Histórico de Erosão na Cidade do Gama, DF”. Curso de Extensão Universitária - Obras de Terra e Fundações Especiais. ABMS e UnB, Brasília, p CI/01 - CI/46.

DAEE-IPT. (1990). Controle de Erosões. Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo, SP, 92p.

FÁCIO, J. A. (1991). Proposição de uma Metodologia de Estudo da Erodibilidade dos Solos do Distrito Federal. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-002A/91, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, DF, 120 p.

FARIAS, R. J. C. (1999). Utilização de Geossintéticos no Controle de Erosões. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-056A/99, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, DF, 120 p

FHWA. (1989). Design of Riprap Revetment, Hydraulic Engineering Circular nº. 11, Federal Highway Administration.

FRANCISCO, R. A. (2003). Cadastramento e Diagnóstico de Erosões nas Fazendas da Faber Castell no Município do Prata-MG. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-107/03 , Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, DF, 159 p

GARDONI, M. G. A. (1995). Avaliação da Aplicabilidade de Ensaios de Laboratório e Critérios de Filtros para a Utilização de Geotêxteis em Solos do Distrito Federal. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-024A/95, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, DF, 177 p.

GOLDSTEIN, U. (1998). Geossintéticos em Controle de Erosões. Curso Sobre “Aplicações de Geossintéticos em Geotecnia e Meio Ambiente”. IGS-Brasil, São Paulo, SP, pp. J1-J11.

GOURC, J. P. & FAURE, Y. H. (1992). Filter Criteria for Geotexteile, Proceedings of the 4 th International Conference on Geotextile, Geomembranes, and Related Products, The Hague, Netherlands, vol. 3, pp. 949-971.

HALIBURTON, T. A. AND WOOD, P. D. (1982). Evaluation of U. S. Army Corps of Engineers Gradient Ratio Test for Geotextile Performance. In Proceedings of the 2nd International Conference on Geotextile, Las Vegas, Nev., Industrial Fabrics Association, Vol. 1, pp. 97-101.

HERPEN, J. A. & IJSSEL, C. (1997). Enkamat Design Manual, Projectnumber: 80233. Akzo Nobel, Geosynthetics, The Netherlands.53 p.

HEWLETT, H. W. M. , BOORMAN, L. A. & BRAMLEY, M. E. (1987). Desing of Reinforced Grass Waterways, Report 116, Construction Industry Research and Information Association, London, U. K., 116 p.

HOLTZ, R. D., CHRISTOPHER, B. R. & BERG, R. R. (1997). Geosynthetic Engineerring. BiTech Publishers Ltd., Canada, 451 p.

HOOVER, T. P. (1982). Laboratory Testing of Geotextile Filter Fabrics. Proc. 2nd International Conference on Geotextile, Las Vegas, NV, 1-6 Aug. 1982. IFAI, pp 839-843.

186

KOERNER, R. M. (1994). Designing With Geosynthetics. Prentice-Hall do Brasil, Ltda., Rio de Janeiro, RJ, 783 p.

LEGGE, K. R. (1990). A New Approach to Geotextile Selection. Proc. 4th International Conference on Geotextiles, The Hague NetherLands, pp. 269-272.

LEME, R. A. S. (1994). Recomendações de Instalações e Especificação. Manual Técnico Geotêxtil Bidim. pp. 1-31.

LIMA, M. C. (1999). Contribuição ao Estudo do Processo Evolutivo de Boçorocas na Área Urbana de Manaus. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-057A/99, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, DF, DF, 150 p.

LIMA, M. C. (2003). Degradação Físico-Química e Mineralógica de maciços junto às voçorocas. Tese de Doutorado, Publicação G. TD – 17A/03, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, DF, DF, 336 p.

MALVERN. (1997). Getting Started. Malvern Manual, England, pp 7.1 – 7.2.

MANSO, E. A. (1999). Análise Granulométrica dos Solos de Brasília pelo Granulômetro a Laser. Dissertação de Mestrado, Publicação G. DM-061A/99, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF. 113p.

MATHEUS, E. (1997). Comportamento de Sistemas Solo-Geotêxtil em Ensaios de Filtração Sob Condições Severas. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-048A/97, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, DF, 121 p.

MORTARI, D. (1994). Caracterização Geotécnica e Análise do Processo Evolutivo das Erosões no Distrito Federal. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-010A/94, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 200 p.

MOTTA, N.O. (2001). Caracterização Geotécnica e dos Processos Erosivos na Cidade de Campo Grande – MS. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM – 077A/01, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 179p.

NEVES, E.T. (1960), Curso de Hidráulica. Editora Globo, Porto Alegre, RS, 577 p.

PALMEIRA, E. M. (1992). Geossintéticos: Tipos e Evolução nos Últimos Anos. Seminário Sobre Aplicações de Geossintéticos em Geotecnia. Geossintéticos’ 92. ABMS/ABGE/UnB, Brasília, DF, pp. 1-20.

PALMEIRA, E. M., FANNIN, R. J. & VAID, Y. P. (1996). A Study on the Behavior of Soil-Geotextile Sustems in Filtration Test. Paper Submitted to the Canadian Geotechinical Journal, 25 p.

PALMEIRA, E. M. (1997). Solo Reforçado, Taludes e Estruturas de Contenção. Manual Técnico Geotêxtil Bidim. pp.

PALMEIRA, E. M. (1998). Drenagem e Filtração com Geossintéticos. Curso Sobre “Aplicações de Geossintéticos em Geotecnia e Meio Ambiente”. IGS-Brasil, São Paulo, SP, pp. C1-C12.

PFEIL, W. & PFEIL, MICHÈLE, (2003). Estruturas de Madeira. 6a ed., LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., Rio de Janeiro, RJ.

187

RANKILOR, P. R. (1981). Membranes in Ground Engineering. John Wiley & Sons Ltd. New York, USA, 377 p.

RHODIA S. A. (BIDIM). (1982). Catálogo de Aplicações: Obras Públicas de Engenharia Civil, São Paulo, SP.

RIBEIRO, L.F.M. (2000). Simulação Física do Processo de Formação dos Aterros Hidráulicos Aplicado a Barragens de Rejeitos. Tese de Doutorado, Publicação G.TD-005A/00, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 235 p.

RODRIGUES, V. J. (1998). Utilização do Sistema de Confinamento Celular Geoweb e do Geotêxtil Bidim na Proteção de Talude contra Erosão na Rodovia BA-001 - Trecho: Belmonte/ Santa Cruz de Cabrália - BA, BBA group, São Paulo, SP, 19 p.

SANSONE, L. J. & KOERNER, R. M. (1992). Fine Fraction Filtration Test to Assess Geotextile Filter Performance. Geotextiles and Geomembranes. International Geotextile Society, vol. 11 (4-6), pp. 371–393.

SANTOS, R. M. M. (1997). Caracterização Geotécnica e Análise do Processo Evolutivo da Erosões no Município de Goiânia. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-044A/97, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 120 p.

SEPLAN (1992). Susceptibilidade à Erosão da Macrorregião da Bacia do Paraná – MS, Secretaria de Estado de Planejamento e de Ciência e Tecnologia – SEPLAN, Campo Grande, MS, 264 p.

SHI, Y. (1993). Filtration Behavior of Non-Women Geotextiles in the Gradient Ratio Test. M. Sc. Thesis, University of British Columbia, Vancouver, Canada, 127 p.

SPADA, J. L. G. (1991). Ensaios de Filtração em Solos com Geotêxteis. Dissertação de Mestrado, COPPE, UFRJ, Rio de Janeiro, 180 p.

THEISEN, M. S. (1992). The Role of Geosynthetics in Erosion and Sediment Control: An Overview. Geotextiles and Geomembranes. International Geotextile Society, 11 (4-6), pp. 535-550.

VARGAS, M. (1977). Introdução à Mecânica dos Solos. McGraw-Hill do Brasil, USP, São Paulo, SP, 509 p.

VIDAL, D. M. (1990). Geotêxtil: Propriedades e Ensaios. Manual Técnico Geotêxtil Bidim. pp. 1-31.

VIDAL, D. M. (1998). Propriedades Físicas, Mecânicas e Hidráulicas dos Geossintéticos. Curso Sobre “Aplicações de Geossintéticos em Geotecnia e Meio Ambiente”. IGS-Brasil, São Paulo, SP, pp. B1-B42.

VILAR, O.M. (1987) Formulação de um modelo matemático para a erosão dos solos pela chuva. Tese de Doutorado, EESC, USP, São Carlos, SP, 196 p.

188

Documents

UTILIZAÇÃO DE GEOSSINTÉTICOS EM SISTEMAS DE CONTROLE DE ...geotecnia.unb.br/downloads/teses/026-2005.pdf · Pedro Murrieta Santos Neto, Dickran Berberian (recursos hídricos) e