AVALIAÇÃO DO USO DO ENSAIO DE CONE DE …coral.ufsm.br/engcivil/images/PDF/1_2015/TCC_DANIEL VAINE...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

AVALIAÇÃO DO USO DO ENSAIO DE CONE DE

LABORATÓRIO PARA ESTIMATIVA DA

ERODIBILIDADE

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

Daniel Vaine da Silva Moraes

Santa Maria, RS, Brasil

2015

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AVALIAÇÃO DO USO DO ENSAIO DE CONE DE

LABORATÓRIO PARA ESTIMATIVA DA ERODIBILIDADE


Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil,

Área de Concentração em Geotecnia da Universidade Federal de Santa Maria

(UFSM,RS), como requisito parcial para obtenção do grau de

Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Dr. Rinaldo José Barbosa Pinheiro

Coorientadora: Prof.ª Dra. Andréa Valli Nummer

Santa Maria, RS, Brasil

2015

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Universidade Federal de Santa Maria

Centro de Tecnologia

Curso de Engenharia Civil

A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de

Curso

AVALIAÇÃO DO USO DO ENSAIO DE CONE DE LABORATÓRIO

PARA ESTIMATIVA DA ERODIBILIDADE

elaborado por


como requisito parcial para obtenção do grau de

Engenheiro Civil

COMISSÃO EXAMINADORA:

Rinaldo José Barbosa Pinheiro, Dr. (UFSM)

(Presidente/Orientador)

Andréa Valli Nummer, Dra. (UFSM)

(Coorientadora)

Romário Trentin, Dr. (UFSM)

Santa Maria, 22 de janeiro de 2015.

4

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela vida e por toda a estrutura que fizeram com que eu pudesse chegar até

aqui.

A minha família, em especial a minha mãe Marta Medianeira, pelo carinho, apoio e

incentivo em todos os momentos de minha vida.

A minha noiva Bruna Gonçalves, pelo companheirismo e compreensão, fundamentais

em mais esta conquista.

A Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), pelo ensino gratuito e de qualidade

que viabilizou minha graduação em Engenharia Civil.

Ao professor Rinaldo J. B. Pinheiro e a professora Andréa Valli Nummer, orientador e

coorientadora deste trabalho, pelos ensinamentos, experiências, amizade e confiança

depositados durante esses anos de convivência. Foi um privilégio ter trabalhado com pessoas

da maior competência no que fazem como vocês.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelas

bolsas PIBIC e PIBITI e a Fundação de Apoio à Tecnologia e Ciência (FATEC) pela bolsa

estágio no Laboratório de Materiais de Construção Civil (LMCC), fundamentais no

desenvolvimento desta pesquisa.

E a todos que de alguma forma contribuíram para o desenvolvimento deste trabalho.

Muito Obrigado!

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RESUMO

Trabalho de Conclusão de Curso

Curso de Engenharia Civil

AVALIAÇÃO DO USO DO ENSAIO DE CONE DE LABORATÓRIO

PARA ESTIMATIVA DA ERODIBILIDADE

AUTOR: DANIEL VAINE DA SILVA MORAES

ORIENTADOR: PROF. DR. RINALDO JOSÉ BARBOSA PINHEIRO

Data e Local da Defesa: 22 de janeiro de 2015, Santa Maria, RS.

A erosão é um processo natural responsável pelas mudanças da crosta terrestre, mas quando

sofre interferência humana torna-se um grave problema ambiental trazendo prejuízos e

causando danos à sociedade. A erodibilidade é uma propriedade dos solos que pode ser

definida como a maior ou menor facilidade com que as partículas são destacadas e

transportadas pela ação de um agente erosivo que pode ser água, gelo, vento ou gravidade.

Levando em consideração os efeitos danosos da erosão o objetivo geral deste trabalho é

avaliar a erodibilidade dos solos por meio da metodologia do ensaio de cone de laboratório

aplicada em solos e rochas da região de Santa Maria/RS, comparando os resultados obtidos

com os estudos de Bastos (1999), em solos da região metropolitana de Porto Alegre/RS. Além

do ensaio de cone, foram aplicados ensaios de caracterização física dos solos e da

metodologia MCT. Os resultados obtidos mostram a maioria dos solos estudados são arenosos

e de caráter não saturado. Em relação à metodologia MCT, os resultados foram satisfatórios

para os solos das duas regiões em estudo, classificando-os em erodíveis e não erodíveis. Já

para o ensaio do cone de laboratório o mesmo não foi observado, apresentando resultados

condizentes com os solos de Santa Maria, mas não para os solos da RMPA onde a

classificação não foi considerada satisfatória por Bastos (1999), pois dos oito solos estudados,

três não foram classificados corretamente segundo o autor devido a adaptações realizadas no

aparelho, ao tamanho reduzido das amostras e metodologia aplicada.

Palavras-chave: erosão; erodibilidade; cone de laboratório.

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 07

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 09

2.1 Erosão: conceitos e classificações ................................................................................... 09

2.2 Fatores que condicionam os processos erosivos ............................................................ 12

2.3 Erodibilidade: conceito e métodos para sua avaliação ................................................ 15

2.3.1 Ensaios de caracterização física ..................................................................................... 16

2.3.2 Metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) ................................................. 17

2.3.3 Ensaio do cone de laboratório ........................................................................................ 20

3 METODOLOGIA ......................................................................................................... 23

3.1 Etapa de gabinete ............................................................................................................ 23

3.2 Etapa de campo ................................................................................................................ 23

3.3 Etapa de laboratório ........................................................................................................ 25

3.3.1 Ensaios de caracterização geotécnica dos materiais ....................................................... 26

3.3.2 Ensaios para avaliação da erodibilidade ......................................................................... 26

4 ÁREAS DE ESTUDO .................................................................................................. 34

4.1 Santa Maria (SM) ............................................................................................................ 36

4.1.1 – Talude de corte no campus da UFSM (P-UFSM) ....................................................... 36

4.1.2 Voçoroca Buraco Fundo no distrito de São Valentim - Santa Maria/RS (P-SV) ........... 37

4.1.3 Jazida de solo no Campo de Instrução de Santa Maria (P-CISM) ................................. 39

4.2 Região metropolitana de Porto Alegre (RMPA) ........................................................... 40

4.2.1 Loteamento Algarve (ALG) ........................................................................................... 41

4.2.2 Área de empréstimo na RS239 (RS239) ........................................................................ 42

4.2.3 Loteamento Parque do Trabalhador (PT) ....................................................................... 44

4.2.4 Morro do Osso/Cidade de Deus (CD) ............................................................................ 45

5 RESULTADOS .............................................................................................................. 47

5.1 Ensaios de caracterização geotécnica dos materiais ..................................................... 47

5.2 Ensaios baseados na metodologia MCT ........................................................................ 50

5.3 Ensaio do cone de laboratório ........................................................................................ 52

6 CONCLUSÕES.............................................................................................................. 61

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 63

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1 INTRODUÇÃO

A erosão é um processo natural responsável pela alteração da paisagem terrestre. No

entanto, devido à interferência humana, sua ação pode ser acelerada tornando-se um grave

problema ambiental, que causa danos à sociedade devido ao seu alto poder destrutivo,

trazendo prejuízos a diversas áreas das relações humanas, como redução da fertilidade dos

solos, contaminação e assoreamento de reservatórios e cursos d’água, deslizamentos de

encostas, entre outros.

Na literatura técnica inúmeros conceitos estão relacionados ao termo erosão. De

acordo com Bertoni e Lombardi Neto (1985) e Galeti (1985), erosão é o processo de

desprendimento e arraste acelerado das partículas do solo causado pela água e pelo vento.

Bastos (1999), em uma definição mais abrangente, considera a erosão como um conjunto de

processos pelos quais os materiais da crosta terrestre são degradados, 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.

Autores como Bertoni e Lombardi Neto (1985), Maciel Filho (1997), Infanti Jr e

Fornasari Filho (1998), entre outros, ressaltam que o processo erosivo pode assumir diferentes

estágios de desenvolvimento, sendo representados por sulcos, ravinas, areais e voçorocas, esta

última considerada um dos mais intensos e complexos processos, possuindo conceitos e

classificações ainda mais abrangentes.

As consequências que os processos erosivos causam no meio rural e urbano têm

gerado grandes discussões e intensa investigação sobre os parâmetros e mecanismos

responsáveis pela erosão, assim como as medidas a serem adotadas para prevenção e controle

de áreas afetadas.

Um dos principais fatores condicionantes da erosão dos solos é a erodibilidade que,

segundo Bastos (1999, é uma propriedade que pode ser definida como a maior ou menor

facilidade com que as partículas são destacadas e transportadas pela ação de um agente

erosivo que pode ser a água, o gelo, o vento ou a gravidade.

Para Wischmeier e Smith (1965 apud MONTENEGRO 1976) a erodibilidade é uma

propriedade do próprio solo, uma combinação particular de propriedades intrínsecas deste,

que influenciam na infiltração e permeabilidade. Segundo os autores, a erodibilidade

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justificaria porquê de alguns solos erodirem mais facilmente que os outros, mesmo quando o

declive, a chuva, a cobertura e o manejo dos solos são os mesmos.

São muitos os estudos a respeito da erodibilidade e de como caracterizá-la. Ensaios de

quantificação da erodibilidade são importantes para o entendimento do processo erosivo, e no

meio geotécnico, os mais difundidos envolvem a avaliação da erodibilidade de forma direta

e/ou indireta.

Levando em consideração os efeitos danosos da erosão e procurando prever o

comportamento dos solos frente ao processos erosivos é que esta pesquisa teve como objetivo

geral avaliar a erodibilidade dos solos e rochas por meio da metodologia do ensaio de cone de

laboratório aplicada em solos e rochas da região de Santa Maria/RS, comparando os

resultados obtidos com os estudos de Bastos (1999), em solos da região metropolitana de

Porto Alegre/RS. Além disso, os objetivos específicos são: a) realizar uma revisão

bibliográfica sobre os conceitos de erosão e erodibilidade, os fatores que condicionam os

processos erosivos e os métodos de avaliação da erodibilidade; b) aplicar a metodologia do

ensaio proposta na bibliografia e detalhar os procedimentos utilizados nos solos das áreas de

estudo; c) aplicar ensaios clássicos de avaliação da erodibilidade e comparar com os

resultados do ensaio de cone de laboratório e d) comparar os ensaios realizados neste estudo

com os de Bastos (1999) e e) avaliar a eficácia do ensaio de cone para estudos de

erodibilidade

O trabalho está estruturado em 5 capítulos, sendo o capítulo 1 a introdução. O capítulo

2 apresenta uma revisão bibliográfica abordando os temas relacionados aos fenômenos de

erosão dos solos (conceitos, classificações e fatores condicionantes), assim como os ensaios

realizados na análise indireta da erodibilidade (histórico e conceitos). O capítulo 3 aborda a

metodologia dos ensaios analisados e no capítulo 4 são apresentadas as áreas de estudo. Por

fim no capítulo 5 são apresentadas as conclusões e considerações.

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Nesta seção é apresentada uma revisão bibliográfica sobre os conceitos de erosão;

classificação e condicionantes dos processos erosivos; erodibilidade e os métodos para a sua

avaliação.

2.1 Erosão: conceitos e classificações

A palavra erosão provém do latim “erodere” e significa corroer, separar, arrancar. Em

termos gerais, a erosão pode ser entendida com um conjunto de ações, que compreende a

desagregação, o transporte e a deposição das partículas de solo, causadas por agentes

erosivos, tais como o vento, o gelo, a gravidade e a água (BASTOS, 1999).

Segundo Bastos (1999) foi na Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente,

realizada na cidade de Estocolmo, capital da Suécia, em 1972 que, o tema erosão, suas causas

e consequências foi abordado pela primeira vez na comunidade científica internacional. Desde

então, a erosão, juntamente com a erodibilidade, vem sendo estudada em diversas áreas do

conhecimento, como agronomia, geologia, geografia e engenharia civil.

Para Camapum de Carvalho (2006) a erosão compreende um conjunto de fenômenos

naturais envolvendo a formação de materiais detríticos provenientes da decomposição e

desagregação das rochas e solos. Ela atua continuamente na superfície da crosta terrestre e

representa um dos principais agentes naturais de transformação fisiográfica do planeta,

governado por agentes como clima, ação das águas e vento, características do relevo,

atividade biológica nos solos e, por último, mas não menos importante, pela ação antrópica.

Vários são os critérios que podem ser adotados para a classificação dos processos

erosivos. Segundo Bastos (1999), há dois tipos de processos erosivos:

i) Erosão geológica (ou natural): processo natural de denudação e evolução da

superfície terrestre, caracterizado pela desagregação e transporte de materiais do

solo pelos agentes erosivos, de forma lenta e contínua;

10

ii) Erosão acelerada (ou antrópica): processo rápido e destrutivo, induzido

principalmente pela ação humana, gerando desequilíbrio nas fases de erosão

natural e sedimentação.

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

Karmann (2000), entre outros, classificam as erosões quanto ao grau de intensidade em

laminar (superficial) e linear (concentrada), que origina os sulcos; ravinas e voçorocas.

A erosão laminar, também chamada de superficial, compreende as feições erosivas

originadas do escoamento difuso das águas, resultando na remoção progressiva e

relativamente uniforme dos horizontes superficiais do solo. Já a erosão linear é consequência

do fluxo de água que se torna concentrado e pode ser de três tipos (Figura 2.1):

i) Sulcos: são pequenos canais resultantes da concentração de escoamentos

superficiais;

ii) Ravinas: são feições erosivas resultantes do aprofundamento dos sulcos, oriundos

da concentração do escoamento superficial;

iii) Voçorocas ou boçorocas: são feições erosivas mais complexas, de grande porte,

com as mais diversas formas, altamente destrutivas e de difícil controle dentro do

quadro evolutivo da erosão linear. São originadas por dois tipos de escoamento

que podem atuar em conjunto ou separadamente: o superficial e o subsuperficial.

Figura 2.1 – Erosão linear e sua morfologia. Fonte: Sant’Ana (2012).

11

Segundo Camapum de Carvalho et al. (2006) os conceitos de sulcos, ravinas e

voçorocas variam com relação às dimensões e geometria da feição erosiva, afloramento do

lençol freático e com o tipo de fluxo do escoamento. No entanto, as classificações mais

utilizadas internacionalmente são aquelas relacionadas às dimensões das incisões erosivas.

Bigarella (2003) adota uma terminologia de acordo com a profundidade das incisões:

ranhura até 5 cm; sulco de 5 a 30 cm; vala de 30 a 100 cm e ravina maior que 100 cm.

Segundo Camapum de Carvalho et al. (2006), sulcos são pequenos canais de até 10 cm

de profundidade, gerados pela concentração do escoamento superficial; e ravinas são canais

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

Villar e Prandi (1993) definem voçorocas como ravinas de grandes dimensões,

normalmente formadas por grandes concentrações de fluxo e referem-se à sua formação como

o estágio menos frequente, mas provavelmente o mais espetacular do processo erosivo (Figura

2.2). Ainda conforme os autores, a maior parte das voçorocas está associada a formações

arenosas, mas podem ocorrer em solos que tem como origem granitos, migmatitos e basaltos.

Segundo o IPT (1991) as voçorocas são o estágio mais avançado da erosão, sendo

caracterizadas pelo avanço em profundidade das ravinas até estas atingirem o lençol freático

ou o nível d’água do terreno. Este é o conceito utilizado neste trabalho. Um exemplo de

voçoroca, onde o lençol freático aflora no terreno por ser visto na Figura 2.2.

Figura 2.2 – Voçoroca de grandes dimensões com afloramento do lençol freático no

município de São Francisco de Assis/RS. Fonte: Basso (2013).

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2.2 Fatores que condicionam os processos erosivos

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

sistema complexo que, dependendo de seu grau de evolução, pode ser de difícil entendimento.

Alguns autores como Galeti (1985), Bertoni e Lombardi Neto (1985), Guerra e Mendonça

(2004), apontam os seguintes fatores como condicionantes da erosão: o clima; o relevo; a

cobertura vegetal; as ações antrópicas e a natureza do solo.

O clima é um dos fatores mais importantes no desenvolvimento dos processos

erosivos, controlando e atuando na desagregação das rochas e na formação dos solos. Locais

de climas úmidos, tropical quente e temperado, com inverno seco e verão chuvoso, são mais

propícios de serem afetados pelos processos erosivos (FENDRICH et al., 1991).

A precipitação pluviométrica é o fator climático de maior impacto no desenvolvimento

dos processos erosivos. De acordo com Guerra e Mendonça (2004) fatores como a

intensidade, duração e frequência das chuvas, propriedades físicas e geométricas das gotas

(velocidade de queda, diâmetro da gota e efeito splash) e a energia cinética da chuva natural,

influenciam diretamente na erosão. Segundo os autores, chuvas de maior intensidade e com

alta frequência possuem uma grande energia cinética armazenada durante a sua queda e um

grande poder erosivo (Figura 2.3).

Figura 2.3 – Erosão causada pelo impacto de uma gota de chuva com o solo (efeito splash). Fonte: IPT (1991).

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O potencial de desagregação, transporte e deposição das partículas pela ação da água,

é chamado de erosividade. Segundo Bastos (1999), a erosividade, depende da distribuição

pluviométrica (chuva acumulada e intensidade de chuva).

Em relação ao relevo, o comprimento da rampa, a declividade e a forma da vertente

são os fatores que influenciam o caminho percorrido pela água. Para Bastos (1999), à medida

que o comprimento da rampa e a declividade aumentam, o caminho e a velocidade do

escoamento superficial também aumentam e, consequentemente, aumenta seu poder de

destacamento e transporte das partículas de solo.

Para autores como Oliveira e Brito (1998), Galeti (1985) e IPT (1991) a erosão está

diretamente ligada à declividade e ao comprimento de rampa que influenciam na velocidade

da água, sendo menor nos terrenos mais planos e maior nos terrenos com maiores

comprimentos de rampa. Ayres (1960), também considera a topografia um dos principais

condicionantes, pois a declividade do terreno e o comprimento de rampa são determinantes na

direção e na velocidade do escoamento.

O comprimento de rampa, conforme Bertoni e Lombardi Neto (1985), é tão importante

quanto a declividade, pois a medida que o caminho percorrido pela água aumenta, não

somente estas águas vão se avolumando proporcionalmente, mas também, a sua velocidade de

escoamento vai aumentando progressivamente. Dados apresentados pelos autores mostram

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

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

A cobertura vegetal, segundo Ayres (1960), é outro fator que possui papel

fundamental no desenvolvimento dos processos erosivos, pois atua no sentido de diminuir a

velocidade de escoamento das águas das chuvas e facilitar a sua infiltração no solo. Para o

autor a cobertura vegetal constitui uma defesa natural do terreno contra a erosão, amortecendo

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

partículas de solo.

Portanto, a cobertura vegetal influencia diretamente sobre o escoamento superficial e a

infiltração da água no solo. Qualquer mudança no escoamento superficial e/ou subterrâneo,

como consequência do desmatamento, contribui de forma direta na evolução dos processos

erosivos (BERTONI e LOMBARDI NETO, 1985).

As ações antrópicas, através das formas de uso e manejo do solo, representam outro

fator decisivo na aceleração dos processos erosivos.

De acordo com Nunes e Cassol (2008), Galeti (1985) e Fendrich et al. (1991), em

áreas rurais os solos são mais suscetíveis a erosão quando: a cobertura vegetal é retirada e a

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agricultura praticada de forma incorreta (preparo e o plantio realizados em regiões de relevo

acidentado, queima dos restos das culturas, etc.); o solo sofre compactação pelo pisoteio do

gado e excessivo movimento de máquinas e implementos agrícolas; ocorre abertura de valas

perpendiculares às curvas de nível e estradas vicinais sem os devidos cuidados com a rede de

drenagem.

Já em áreas urbanizadas, ainda segundo estes autores, a aceleração dos processos

erosivos se dá pela intervenção humana, principalmente relacionada às obras de engenharia,

tais como: a exposição de taludes de corte em rodovias e barragens não protegidos;

exploração de áreas para a retirada de materiais de empréstimo; execução de loteamentos sem

os devidos cuidados com a drenagem ou obras de retificação de rios e canais, entre outros.

A natureza do solo/rocha, segundo Guerra e Mendonça (2004), determina a menor ou

maior susceptibilidade dos terrenos frente à erosão (propriedade chamada de erodibilidade).

Para Fendrich et al. (1991) os fatores condicionantes do processo erosivo, relacionados

a natureza do solo, estão ligados a sua textura, estrutura, estratificação, permeabilidade, teor

de umidade e composição. A textura, ou seja, as características granulométricas do solo

influem na capacidade de infiltração e absorção d’água, interferindo na energia das

enxurradas e na coesão dos solos.

Conforme Bertoni e Lombardi Neto (1985) solos de caráter arenoso são mais

vulneráveis aos processos erosivos, mesmo sendo normalmente porosos, permitindo a rápida

infiltração das águas das chuvas e retardando o escoamento superficial. Para estes autores,

solos que apresentam uma pequena quantidade de partículas na fração argila possuem baixa

coesão e, consequentemente, uma menor resistência à erosão.

Os fatores mais importantes que regem a infiltração de água no solo são o tamanho e a

disposição dos espaços porosos; a umidade do solo e/ou o grau de saturação no começo da

chuva; a sucção e o grau de agregação do solo. Solos arenosos, com grandes espaços porosos,

apresentam maior velocidade de infiltração quando comparados a os solos argilosos. O

material coloidal do solo tende a expandir quando saturado, reduzindo o tamanho, o espaço

poroso, e consequentemente, a infiltração. As partículas finas do solo, quando estão bem

agregadas, possuem espaços porosos maiores, proporcionando, maior velocidade de

infiltração (BERTONI E LOMBARDI NETO, 1985).

O arranjo das partículas no solo influencia a capacidade de infiltração e absorção da

água da chuva, assim como, o arraste de suas partículas. Segundo Salomão e Iwasa (1995

apud BASSO, 2013), conforme o arranjo estrutural das partículas, os solos argilosos podem se

apresentar altamente porosos e até mais permeáveis que solos arenosos.

15

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

rapidez de saturação do mesmo e no início do escoamento superficial. Solos rasos permitem

rápida saturação dos horizontes superficiais, contribuindo para a formação das enxurradas.

Entretanto, os solos profundos apresentam maior capacidade de infiltração das águas pluviais.

Suguio (2003) trata também da influência da litologia e das estruturas das rochas

frente à erosão, tais como: a presença de estratificações, foliações, xistosidade e

gnaissificação, como também a presença de falhas, dobras e juntas.

2.3 Erodibilidade: conceito e métodos para sua avaliação

A erodibilidade é um dos principais fatores condicionantes da erosão dos solos.

Segundo Bastos (1999) ela pode ser definida como a propriedade do solo que retrata a maior

ou menor facilidade com que suas partículas são destacadas e transportadas pela ação de um

agente erosivo. Constitui uma das propriedades de comportamento dos solos de maior

complexidade em função do grande número de fatores físicos, químicos, biológicos e

mecânicos intervenientes.

A erosividade da chuva e a erodibilidade do solo são dois importantes fatores físicos

que afetam a magnitude da erosão do solo. Como visto, a erosão dos solos depende de vários

fatores. Mesmo que a chuva, a declividade do terreno e a cobertura vegetal sejam as mesmas,

alguns solos são mais susceptíveis ao destacamento e ao transporte de partículas pelos agentes

erosivos do que outros. Essa diferença, relacionada às propriedades do solo, é conhecida

como erodibilidade (BASTOS, 1999).

Desta maneira, a forma mais comum de se analisar a erodibilidade dos solos tem sido

por meio de suas características físicas e químicas e de alguns condicionantes externos. Para

conhecer a erodibilidade de um determinado tipo de solo, portanto, é preciso identificar sua

granulometria, plasticidade, teor de matéria orgânica, estrutura, permeabilidade e porosidade.

Sendo assim, a classificação dos solos quanto à erodibilidade, na maioria das vezes, é

realizada através de mútuas relações entre essas propriedades (BASTOS, 1999; AVILA,

2009; FERNANDES, 2011).

Porém, essas características do solo são propriedades dinâmicas, pois podem ser

alteradas a todo tempo e sob diferentes usos da terra, manejo superficial do solo, e sistemas de

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agricultura e, assim, consequentemente, sua erodibilidade também muda ao longo do tempo

(CAMAPUM DE CARVALHO et al., 2006).

Os métodos de avaliação da erodibilidade de um solo, segundo Bastos (1999), podem

classificados com diretos ou indiretos.

O ensaio de Inderbitzen, aplicado por pesquisadores como Fácio (1991); Bastos

(1999); Freire (2001); Camapum de Carvalho et al. (2006) e Tatto (2007), é considerado um

método direto de avaliação da erodibilidade e tem como objetivo a simulação do efeito do

escoamento superficial sobre o solo, permitindo analisar diferentes resultados conforme a

mudança da vazão do fluxo, seu tempo de atuação, declividade da rampa e propriedades do

solo, como sua densidade e umidade, porém, não simula o fenômeno da desagregação de

partículas provocado pelo impacto das gotas de chuva no momento da precipitação.

Já ensaios como os de caracterização física; perda de massa por imersão modificado e

infiltrabilidade da metodologia MCT (Nogami e Villibor, 1979); e o ensaio do cone de

laboratório são considerados ensaios de avaliação indireta da erodibilidade. Ainda entre os

métodos de avaliação indireta da erodibilidade, figura o ensaio de desagregação. O ensaio de

desagregação trata de um processo de ruína de uma amostra de solo, não confinada, exposta

ao ar e em seguida imersa em água que tem em por objetivo verificar a instabilidade à

desagregação de uma amostra de solo, cúbica ou cilíndrica, quando submersa em água

destilada. É uma avaliação indireta, visual e qualitativa da estabilidade, mas não é um ensaio

normatizado. Nesta pesquisa foram realizados os ensaios indiretos para a avaliação da

erodibilidade, com exceção do ensaio de desagregação, que são detalhados a seguir.

2.3.1 Ensaios de caracterização física

Segundo Jacintho et al.(2006) os ensaios de caracterização física tais como,

granulometria, limites de consistência e índices físicos são considerados primordiais na

análise, não só da erodibilidade, como também em qualquer outro tipo de propriedade do solo

mas, sua inter-relação com ela não é considerada simples e direta.

Segundo os autores, os solos tropicais possuem a característica de serem agregados

quando intemperizados, sendo um equívoco a relação direta entre a granulometria do solo e a

erodibilidade, por exemplo.

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A mesma análise direta não deve ser feita em relação à plasticidade. Sabe-se que solos

com maior índice de plasticidade são menos erodíveis (com exceção das argilas dispersivas),

porém, no caso dos solos tropicais, a presença de oxi-hidróxido de ferro, conferem uma maior

estabilidade e resistência ao solo, tornando-o menos erodível, mesmo apresentando uma baixa

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

Segundo Jacintho et al.(2006), a porosidade e a distribuição dos poros são

consideradas as propriedades físicas mais relevantes na inter-relação com a erodibilidade, pois

os fenômenos de sucção, coesão e permeabilidade são afetados devido à concentração de

macro poros interconectados.

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

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

aumentaram a erodibilidade dos solos, no entanto, esta relação não foi confirmada pelo estudo

de solos tropicais realizados por Fácio (1991). Para este autor, isto se deve ao fato da

influência de características estruturais e mineralógicas dos solos, demonstrando que essas

propriedades não podem ser únicas na avaliação do comportamento geomecânico dos solos.

2.3.2 Metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical)

A metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) baseia-se em um conjunto de

ensaios, realizados em solos tropicais e subtropicais, que foi desenvolvido para o uso em

rodovias e estradas vicinais, substituindo os métodos de estudo utilizados em países de climas

frios e temperados (VILLIBOR E NOGAMI, 2009).

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

(1979) atribuíssem critérios de erodibilidade aos solos, direcionando pesquisas para este

campo de estudos vindo a preencher lacunas deixadas pelas classificações geotécnicas

tradicionais e pela isolada associação de Pedologia e Geologia na previsão do comportamento

dos solos tropicais frente à erosão.

Esta metodologia é fundamentada em dois parâmetros: o coeficiente de perda de

massa por imersão (pi) obtido no ensaio de perda de massa por imersão modificado, também

conhecido como ensaio de erodibilidade específica, e o coeficiente de sorção (s) obtido no

ensaio de infiltrabilidade.

Segundo Nogami e Villibor (1979), através da relação pi/s é possível a classificar os

solos em relação ao grau de erodibilidade, sendo considerados solos erodíveis quando esta

18

relação for superior ao valor 52. O mesmo critério de classificação foi proposto de maneira

gráfica por Nogami e Villibor (1995), com base em um número maior de ensaios (Figura 2.4).

Figura 2.4 – Critério de classificação gráfica para a metodologia MCT. Fonte: Nogami e Villibor (1995).

Os critérios de avaliação da erodibilidade baseados na metodologia MCT foram

confirmados por Bastos (1999), no estudo da erodibilidade de solos residuais não saturados na

região metropolitana de Porto Alegre/RS e por Tatto (2007), Ávila (2009), Fernandes (2011),

Sant’Ana (2012) e Basso (2013) no estudo da erodibilidade de solos da região de Santa

Maria/RS.

Ensaio de infiltrabilidade

Conforme Villibor e Nogami (2009) o ensaio de infiltrabilidade consiste em verificar a

quantidade de água que infiltra em corpos de prova de 5 cm de diâmetro, pela sua base, em

função da raiz quadrada do tempo.

Para Bastos et al. (2000) a infiltrabilidade é uma propriedade hidráulica dos solos não

saturados que representa a facilidade com que a água infiltra no solo através de sua superfície.

19

O processo de infiltrabilidade está associado ao fluxo de água que ascende pela

amostra, sendo possível assim, medir o deslocamento do menisco d’água, no interior de um

tubo capilar por meio de uma régua graduada disposta ao seu lado, nos tempos que seguem

uma relação quadrática (1, 2, 4, 9, 16, 25, 36 min) até o deslocamento do menisco cessar. Os

valores obtidos são plotados em um gráfico de deslocamento do menisco (cm) pelo tempo, em

uma relação quadrática (min ½), onde se observa uma tendência retilínea dos pontos, de onde

será obtido o coeficiente de sorção (s).

Ensaio de perda de massa por imersão modificado

Este ensaio, também conhecido como ensaio de erodibilidade específica (NOGAMI E

VILLIBOR, 1979), consiste em submergir em água destilada por um período de 20 horas,

amostras compactadas de solo confinadas em moldes.

O solo desprendido do molde é recolhido e pesado para a determinação de sua massa

seca. A perda de massa por imersão (pi) é calculada através da relação entre o peso do solo

seco desagregado e o peso do solo seco total da amostra. A Figura 2.5 apresenta o esquema de

montagem do ensaio de perda de massa por imersão, que neste trabalho, assim como em

Bastos (1999), Tatto (2007), Ávila (2009), Fernandes (2011), Sant’Ana (2012) e Basso (2013)

foi realizado com a amostra rente ao molde, sem a borda livre.

Figura 2.5 – Esquema de montagem do ensaio de perda de massa por imersão. Fonte: Tatto (2007)

20

Bastos (1999), Tatto (2007), Ávila (2009), Fernandes (2011), Sant’Ana (2012) e Basso

(2013) utilizaram amostras de solo indeformadas em anéis de PVC com 5 cm de altura e 5 cm

de diâmetro, nas condições de umidade natural, seca ao ar (por no mínimo 72 horas) e pré-

umedecidas (amostras oriundas do ensaio de infiltrabilidade), imersas em água por 20 horas.

A perda de massa por imersão (pi), representa para tais autores, o grau de desagregação do

solo sob a ação estática da água.

Maiores detalhes sobre a execução dos ensaios da metodologia MCT serão

apresentados no capítulo 3 deste trabalho.

2.3.3 Ensaio do cone de laboratório

Alcântara (1997) comparou o comportamento in situ de solos de São Carlos/SP e

Salvador/BA com resultados de ensaios de estabilidade de agregados por peneiramento em

água, de ensaios de compressão simples e de um ensaio de penetração de cone de laboratório

proposto para este fim. Os parâmetros obtidos nestes ensaios permitiram separar solos com

comportamento diferenciado frente à erosão.

O ensaio de cone de laboratório foi adaptado a partir do dispositivo para ensaio de

determinação do limite de liquidez de argilas remoldadas. Alcântara (1997) fez um ajuste nos

valores da massa de penetração e altura de queda do cone para que fosse possível avaliar a

penetração em amostras de solos tropicais na umidade natural e pré-umedecida. A

configuração proposta pelo autor resume-se a um conjunto de penetração pesando 300 g que

possui um cone com abertura de 30° e altura de 35 mm, caindo de uma altura de 10 mm

(Figura 2.6). Já Bastos (1999), em um estudo realizado em perfis de solos situados na região

metropolitana de Porto Alegre/RS, propôs um conjunto de penetração pesando 100 g caindo

de uma altura de 5 mm, mas manteve a geometria do cone. A configuração, proposta por

Bastos (1999), foi utilizada neste trabalho.

21

Figura 2.6 – Equipamento proposto para o ensaio do cone de laboratório. Fonte: Alcântara (1997).

O ensaio consiste em obter a média da medida de penetração alcançada pela ponta do

cone em nove pontos da superfície de três amostras indeformadas, moldadas em anéis de PVC

com diâmetro de 10 cm e altura de 5 cm. As amostras são ensaiadas na umidade natural e pré-

umedecida, obtida por ascensão capilar em um período mínimo de uma hora.

A partir dos valores de penetração nas condições de umidade natural (Pnat) e umidade

pré-umedecida (Psat), pode-se definir os parâmetros de variação de penetração natural (DP) e

pré-umedecida (DPA) conforme as seguintes equações:

( )

Equação 2.1

( )

Equação 2.2

22

Utilizando-se das medidas obtidas no ensaio de cone de laboratório, numa primeira

aproximação, Alcântara (1997) separa as amostras erodíveis daquelas não erodíveis e propõe

o seguinte critério:

Se DP > 4,5.Pnat Solos com erodibilidade alta;

Se DP < 4,5.Pnat Solos com erodibilidade baixa a nenhuma.

Segundo o mesmo autor, os valores de DP ou DPA combinados com o coeficiente de

sorção (s), obtido no ensaio de infiltrabilidade da metodologia MCT, permitiram uma melhor

distinção dos solos quanto à erodibilidade pelos seguintes critérios:

Se DP > 46,4.(s) + 25 ou DPA > 21,4.(s) + 20 Solos com erodibilidade alta;

Se DP < 46,4.(s) + 25 ou DPA < 21,4.(s) + 20 Solos com erodibilidade baixa a

nenhuma.

23

3 METODOLOGIA

A metodologia aplicada nesse estudo divide-se em três etapas denominadas etapa de

gabinete, etapa de campo e etapa de laboratório.

3.1 Etapa de gabinete

Nessa etapa foi realizado o levantamento e a revisão da bibliografia utilizada no

trabalho e também um resumo dos resultados apresentados por Bastos (1999) em um estudo

efetuado em solos localizados na região metropolitana de Porto Alegre/RS.. O material

reunido consiste de artigos, livros, monografias, dissertações e teses que tratam de assuntos

envolvendo geologia, geotecnia, erosão e ensaios de laboratório para a caracterização dos

materiais e avaliação da erodibilidade.

3.2 Etapa de campo

Nessa etapa foi realizada a coleta de amostras deformadas e indeformadas de solos

localizados em Santa Maria/RS para a realização dos ensaios geotécnicos de caracterização e

estimativa da erodibilidade.

As amostras deformadas foram coletadas para a análise granulométrica e determinação

dos índices físicos descritos no item 3.3.1.

As amostras indeformadas coletadas destinam-se aos ensaios de infiltrabilidade e

perda de massa por imersão modificado, pertencentes à metodologia MCT de Nogami e

Villibor (1979), e ao ensaio de cone de laboratório, proposto por Bastos (1999). Para os

ensaios da metodologia MCT, as amostras foram coletadas em anéis de PVC branco com

diâmetro e altura de 5 cm (Figura 3.1). Já para o ensaio de cone de laboratório, as amostras

foram coletadas em anéis de PVC marrom com diâmetro e altura de 10 e 5 cm

respectivamente (Figura 3.2). Em ambos os casos, as amostras foram cuidadosamente

24

preparadas, parafinadas, acondicionadas e transportadas para o laboratório a fim de manter as

caraterísticas naturais do material o mais inalteradas possível para posterior realização dos

ensaios (Figura 3.3).

Figura 3.1 – Anel de PVC branco utilizado nos ensaios da metodologia MCT.

Figura 3.2 – Anel de PVC marrom utilizado no ensaio de cone de laboratório.

25

Figura 3.3 – Coleta e cuidados tomados com as amostras.

3.3 Etapa de laboratório

Nessa etapa foram realizados os ensaios de caracterização geotécnica dos materiais e

de avaliação da erodibilidade nas amostras coletadas dos perfis de solo estudados neste

trabalho.

26

3.3.1 Ensaios de caracterização geotécnica dos materiais

Na caracterização geotécnica dos materiais estudados foram utilizadas amostras

deformadas e realizados ensaios de análise granulométrica e determinação dos índices físicos,

tais como: teor de umidade natural ( ), massa específica aparente natural ( ), massa

específica real dos grãos ( ), massa específica aparente seca ( ), índice de vazios ( ),

porosidade ( ), grau de saturação (S), limite de liquidez (wl), limite de plasticidade (wp) e

índice de plasticidade (I.P.).

A análise granulométrica foi realizada conforme a NBR 7181/84 (Solo – Análise

granulométrica), e classificada através da escala ABNT, conforme NBR 6502/95 (Rochas e

Solos). Os materiais também foram classificados segundo o Sistema Unificado de

Classificação dos Solos (SUCS) e o Highway Research Board (HRS).

Os ensaios de determinação dos limites de liquidez e plasticidade foram realizados

conforme a NBR 6459/84 (Solo – Determinação do limite de liquidez) e a NBR 7180/84

(Solo – Determinação do limite de plasticidade), respectivamente.

A massa específica real dos grãos foi determinada segundo os procedimentos da NBR

6508/84 (Grãos de solo que passam pela peneira de 4,8 mm – Determinação da massa

específica) utilizando o método do picnômetro.

3.3.2 Ensaios para avaliação da erodibilidade

Com o objetivo de avaliar qualitativa e quantitativamente a erodibilidade dos solos

estudados, foram realizados ensaios específicos destinados a fornecer elementos empregados

em critérios de análise indireta da erodibilidade.

O ensaio de infiltrabilidade destina-se a quantificar a velocidade de ascensão capilar

em amostras de solo. Para esse ensaio foram utilizadas amostras de solos indeformadas,

coletadas em anéis de PVC com diâmetro e altura iguais a 5 cm (Figura 3.1). As amostras

foram ensaiadas nas condições de unidade seca ao ar, natural e pré-umedecida, onde, a

condição seca ar foi obtida expondo-se as amostras as condições do ambiente de ensaio por

um período mínimo de 72 horas e a pré-umedecida reensaiando as amostras utilizadas na

condição de unidade natural.

27

O equipamento utilizado no ensaio (Figura 3.4) é um plano de madeira onde é

disposto, horizontalmente, um tubo capilar de vidro com diâmetro interno igual a 6 mm e uma

régua graduada. Esse tubo é conectado a um pequeno reservatório de PVC incolor que possui,

na parte superior, uma pedra porosa de granulação aberta sobre a qual é colocada a amostra de

solo. A base da amostra deve coincidir com o nível do tubo capilar (Figura 3.5).

Figura 3.4 – Equipamento utilizado no ensaio de infiltrabilidade.

Figura 3.5 – Esquema de montagem para o ensaio de infiltrabilidade. Fonte: Tatto (2007).

28

Para a realização do ensaio, preencheu-se o sistema tubo capilar – reservatório com

água até se obter a sua saturação e após, depositou-se um papel filtro sobre a pedra porosa e

acima deste a amostra de solo já rasada e ainda confinada. O fluxo ascendente da água na

amostra, devido à sucção do solo, determina o movimento do menisco formado no interior do

tubo capilar. Com o auxilio da régua graduada e um cronômetro, foram registradas as

distâncias percorridas pelo menisco em intervalos de tempo que seguiram a relação quadrática

(1, 2, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81 minutos e assim por diante), até o movimento estabilizar em

uma velocidade muito lenta, ou seja, a amostra ficar saturada devido à ascensão capilar da

água.

Os resultados são expressos em função da distância percorrida (L em cm) pelo

menisco no tubo capilar e da raiz quadrada do tempo (t1/2

em min1/2

). A curva L x t1/2

típica

(Figura 3.6) determina o coeficiente de sorção (s em cm/min1/2

) obtido pela Equação 3.1 onde,

S é a área da seção do tubo capilar e A é a área da seção da amostra.

Figura 3.6 – Curva L x t1/2

típica do ensaio de infiltrabilidade. Fonte: Sant’Ana (2012).

( ) ( )

( )

Equação – 3.1

29

O ensaio de perda de massa por imersão modificado, também chamado de ensaio de

erodibilidade específica, avalia o potencial de desagregação do solo quando imerso em água.

Para esse ensaio foram utilizadas amostras de solos indeformadas, coletadas em anéis de

PVC, conforme a Figura 3.1, nas condições de unidade seca ao ar, natural e pré-umedecida,

idem ao ensaio de infiltrabilidade.

Para a realização do ensaio, as amostras foram mantidas confinadas dentro dos anéis

de PVC e tiveram a sua altura reduzida, em laboratório, pela metade, ou seja, em 2,5 cm. Uma

das faces da amostra ficou exposta e rente à borda do anel de PVC e a outra, protegida por um

papel filtro e uma pedra porosa, que foram colocados com a finalidade de permitir o

desprendimento do material apenas pela face exposta (Figura 3.7).

Figura 3.7 – Detalhe da amostra mostrando sua altura reduzida, a colocação do papel filtro e a

pedra porosa.

A amostra preparada foi colocada, cuidadosamente, na horizontal e com 1 cm de

bordo livre sobre um berço metálico, imerso em água e com uma cápsula logo abaixo para o

recolhimento do material que se desprendeu da face exporta da amostra de solo (Figura 3.8).

30

Figura 3.8 – Amostra durante o ensaio de perda de massa por imersão modificado.

O sistema amostra – berço metálico permaneceu imerso durante 20 horas e, ao termino

desse período, removeu-se a água, recolheu-se o material desagregado contido na cápsula e o

remanescente do interior do anel e levou-se ambos a estufa, para secagem e posterior pesagem

(Figura 3.9).

Figura 3.9 – Amostra após o ensaio de perda de massa por imersão modificado.

31

A relação peso de solo seco desagregado ( ) com peso de solo seco total ( ),

obtida pela Equação 3.2, determina o parâmetro “pi” (%).

( )

Equação – 3.2

O ensaio de cone de laboratório avalia a resistência à penetração oferecida por uma

amostra de solo, quando submetida à queda de um pequeno cone sobre a sua superfície. Para

esse ensaio foram utilizadas amostras de solos indeformadas, confinadas em anéis de PVC

com diâmetro e altura de 10 e 5 cm respectivamente (Figura 3.2). As amostras foram

ensaiadas nas condições de unidade natural e pré-umedecida, onde, esta ultima, é obtida por

ascensão capilar de no mínimo uma hora, utilizando a mesma amostra ensaiada na condição

de unidade natural.

O equipamento utilizado durante o ensaio (Figura 3.10) é um penetrômetro de cone do

fabricante Solotest, o mesmo utilizado em ensaios para determinação de limites de liquidez,

provido de um conjunto de queda com peso total de 100 g, que segue a proposta de Bastos

(1999), formado por uma haste e um cone metálico com abertura de 30° (Figura 3.11).

Figura 3.10 – Equipamento utilizado para realização dos ensaios de cone de laboratório.

32

(a) (b)

Figura 3.11 – (a) Detalhe da haste e do cone formando o conjunto de queda; (b) Detalhe do

cone.

Para este ensaio foram utilizadas três amostras de cada perfil de solo estudado,

ensaiadas primeiramente na condição de umidade natural. Na Figura 3.12 é apresentada a

sequência de execução do ensaio de cone de laboratório, que começa com (a) a amostra sendo

rasada e depois (b) posicionada sob o conjunto de queda, que foi (c) ajustado até que a ponta

do cone tocasse a superfície da amostra, sem penetrá-la. Após, (d) elevou-se todo o conjunto

de queda em 5 mm e (e) liberou-se para a queda, fazendo com que a ponta do cone penetrasse

na amostra. Anotou-se o valor de penetração natural obtido e repetiu-se o procedimento até a

obtenção de (f) nove pontos sobre a superfície de cada uma das três amostras, totalizando 27

pontos. Para a condição de umidade pré-umedecida preparou-se, em um recipiente, (g) uma

pedra porosa com água até seu topo e um papel filtro sobre ela, e (h) depositou-se sobre

ambos, por um período mínimo de uma hora, a amostra ensaiada na condição de umidade

natural. Foi removido o excesso de água sobre a superfície da amostra e repetiu-se todo o

processo anterior obtendo-se (i) mais 27 pontos, nove em cada amostra.

33

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i)

Figura 3.12 – Sequência de execução do ensaio de cone de laboratório.

Para cada condição de umidade avaliada, calculou-se a média dos 27 valores de

penetração obtidos e validou-se, apenas aqueles que apresentaram-se dentro de uma margem

em relação à média de até 5%, para mais ou para menos, excluindo-se os demais. Um mínimo

de seis pontos válidos foi exigido. Os resultados são expressos em função da média dos

valores de penetração válidos, determinando-se a penetração natural (Pnat) e a penetração pré-

umedecida (Psat) e calculando-se os parâmetros de variação de penetração natural (DP) através

da Equação 2.1 e variação de penetração pré-umedecida (DPA) através da Equação 2.2.

34

4 ÁREAS DE ESTUDO

As áreas de estudo analisadas neste trabalho estão situadas em duas regiões distintas,

uma no município de Santa Maria/RS e a outra na região metropolitana de Porto Alegre/RS

(Figura 4.1).

Figura 4.1 – Localização das regiões estudadas. Fonte: Google Earth (2013).

Em Santa Maria, os perfis ensaiados para esta pesquisa foram três: o P-UFSM,

localizado em um talude de corte, a beira de uma estrada, dentro do campus da UFSM; o P-

SV, localizado no interior de uma voçoroca no distrito de São Valentim e o P-CISM,

localizado em uma jazida de solo, dentro do Campo de Instrução de Santa Maria (CISM)

(Figura 4.2).

35

Figura 4.2 – Localização dos perfis estudados na região de Santa Maria/RS. Fonte: Google Earth (2013).

Os solos estudados por Bastos (1999) na região metropolitana de Porto Alegre foram

quatro (Figura 4.3): o ALG, localizado no loteamento Algarve; o RS239, localizado em uma

área de empréstimo as margens da RS239; o PT no loteamento Parque do Trabalhador e o

CD, localizado no Morro do Osso/Cidade de Deus.

36

Figura 4.3 – Localização dos perfis estudados na região metropolitana de Porto Alegre/RS. Fonte: Bastos (1999).

4.1 Santa Maria (SM)

4.1.1 Talude de corte no campus da UFSM (P-UFSM)

Nagel (2009) estudou a erodibilidade de solos e rochas presentes na região dos

municípios de São Francisco de Assis/RS e Santa Maria/RS. Um dos pontos analisados foi

um afloramento em um talude, localizado as margens da estrada Pedro Fernandes da Silveira,

37

no campus da UFSM. Neste local foi amostrada uma camada de arenito, de coloração

amarelada, que pertence à parte inferior da sequencia sedimentar que constitui a Formação

Santa Maria, membro Passo das Tropas (Figura 4.4). Em geral, sobre os materiais desse local,

a ocorrência de voçorocas é rara.

Figura 4.4 – Perfil P-UFSM.

4.1.2 Voçoroca Buraco Fundo no distrito de São Valentim - Santa Maria/RS (P-SV)

Ávila (2009) e Fernandes (2011) estudaram a voçoroca localizada no distrito de São

Valentim, município de Santa Maria/RS, conhecida pelos moradores da região como “Buraco

Fundo”.

Esta feição foi escolhida por apresentar diversos processos erosivos em seu interior

fazendo com que avançasse, segundo os moradores das proximidades, 40 metros em direção a

sua cabeceira nos últimos 30 anos.

38

O perfil escolhido para ser estudado foi denominado por Ávila (2009) e Fernandes

(2011) como Perfil II. Neste trabalho ele receberá o nome de P-SV.

O P-SV foi escolhido por apresentar um perfil pedológico sobre rocha sedimentar com

fácil acesso para a coleta de amostras. Nele foi identificado por Ávila (2009) e Fernandes

(2011) um horizonte A/B pedológico (P-SV-AB); uma camada de rocha alterada (P-SV-RA);

uma camada de siltito, não analisada neste trabalho; e uma camada de arenito (P-SV-ARE)

pertencente à Formação Santa Maria, Membro Passo das Tropas (Figura 4.5). As espessuras

de cada horizonte/camada do P-SV, assim como os locais de coleta, são apresentadas na

Figura 4.6.

Figura 4.5 – Camada de arenito na base do P-SV. Fonte: Fernandes (2011)

39

Figura 4.6 – Topossequência do P-SV. Fonte: Adaptado de Fernandes (2011).

4.1.3 Jazida de solo no Campo de Instrução de Santa Maria (P-CISM)

Sant’Ana (2012) realizou um estudo visando elaborar o diagnóstico ambiental do meio

físico de parte da área do Campo de Instrução de Santa Maria (CISM), onde se concentram os

exercícios militares, procurando auxiliar no planejamento ambiental da área que apresenta

diversos processos erosivos.

Um dos perfis analisados, denominado por Sant’Ana (2012) de Perfil II, fica em uma

jazida de solo que fornecer material para revestimento das estradas de terra no interior do

CISM. Neste trabalho este perfil receberá o nome de P-CISM.

O P-CISM é formado por argissolos da unidade São Pedro sobre a Formação Caturrita

e apresenta uma espessura de aproximadamente 3m sendo composto, segundo Sant’Ana

(2012), por um horizonte AB, arenoso com até 1m de profundidade, de coloração marrom

escuro e com presença de raízes; um horizonte C com espessura de 2m e coloração

40

avermelhada e na base, rocha alterada e a rocha propriamente dita, que neste local é um

arenito conglomerático com grânulos de quartzo e calcedônia (Figura 4.7).

Como o horizonte B está sendo utilizado como material de empréstimo para

revestimento, ele foi escolhido para amostragem e ensaios.

Figura 4.7 – Perfil P-CISM. Fonte: Adaptado de Sant’Ana (2012).

4.2 Região metropolitana de Porto Alegre (RMPA)

Bastos e Dias (1995) realizaram uma descrição dos fenômenos erosivos, sob a ótica

geotécnica, observados na RMPA. Trata-se de um breve relato de aspectos sobre a erosão

urbana na região baseado nos registros dos trabalhos de campo para mapeamento geotécnico

do município de Porto Alegre (Bastos, 1991) e para o mapeamento geotécnico da RMPA

(Dias, 1992). A partir desse diagnóstico Bastos (1999) selecionou quatro perfis de solos,

abaixo descritos, visando abranger os mais importantes processos erosivos na RMPA e os

materiais de maior representatividade na região.

41

4.2.1 Loteamento Algarve (ALG)

Localizado no município de Alvorada/RS, o Loteamento Algarve constitui uma grande

área destinada à ocupação urbana, onde as obras de infraestrutura foram interrompidas e o

investimento abandonado. Após um levantamento de campo, o local foi escolhido por Bastos

(1999) por ser representativo dos processos erosivos por ravinas e voçorocas em loteamentos

implantados em terrenos ondulados e fortemente ondulados, sobre perfis de solos

provenientes do intemperismo do Complexo Granito- Gnaissico.

A concepção do perfil de solo original da área, que receberá o nome de ALG, foi

realizada a partir de uma porção de terreno que não sofreu interferências devido à execução

das obras, permanecendo intacto.

Em virtude da representatividade no perfil e do comportamento diferenciado em

relação às ações erosivas, Bastos (1999) escolheu para o estudo da erodibilidade o horizonte B

(ALG-B) considerado resistente à erosão (Figura 4.8) e o horizonte C (ALG-C) considerado

fortemente erodível (Figura 4.9). Uma representação do perfil ALG, assim com as

características de seus solos, é apresentada na Figura 4.10.

Figura 4.8 – Horizonte B do perfil ALG

(ALG-B). Fonte: Bastos (1999).

Figura 4.9 – Horizonte C do perfil ALG

(ALG-C). Fonte: Bastos (1999).

42

Figura 4.10 – Perfil típico ALG. Fonte: Bastos (1999)

4.2.2 Área de empréstimo na RS239 (RS239)

O local escolhido por Bastos (1999) fica localizado próximo à divisa dos municípios

de Novo Hamburgo/RS e Campo Bom/RS, no km 5 da Rodovia RS239 que liga Estância

Velha/RS , no Vale dos Sinos a Taquara/RS, no Vale do Paranhana.

O perfil típico de solo, denominado RS239 e originado da alteração do Arenito

Botucatú, pode ser encontrado em taludes ao longo da rodovia, mostrando ravinamentos e

buracos por processos de piping.

Na área estudada, os horizontes superficial e subsuperficial foram removidos,

deixando exposto um horizonte saprolítico pouco intemperizado. Neste horizonte são

observadas ravinas profundas controladas pela estratificação do arenito. O material erodido é

conduzido à margem da rodovia, acumulando-se nos sistemas de drenagem (BASTOS, 1999).

Pela representatividade no perfil e envolvimento nos processos erosivos descritos,

foram escolhidos pelo autor para o estudo da erodibilidade o horizonte B/C (RS239-BC), mais

estável frente à erosão (Figura 4.11), e o horizonte C (RS239-C), menos estável em relação ao

B/C (Figura 4.12). Ambos os materiais foram amostrados em taludes adjacentes a área de

extração de solo.

43

Uma representação do perfil RS239, assim com as características de seus solos, é

apresentada na Figura 4.13.

Figura 4.11 - Horizonte B/C do perfil

RS239 (RS239-BC). Fonte: Bastos (1999).

Figura 4.12 - Horizonte C do perfil RS239

(RS239-C). Fonte: Bastos (1999).

Figura 4.13 – Perfil típico RS239. Fonte: Bastos (1999)

44

4.2.3 Loteamento Parque do Trabalhador (PT)

Localizado no Bairro Rincão, em Novo Hamburgo/RS, o loteamento Parque do

Trabalhador apresenta processos erosivos por ravinas e voçorocas em terreno fortemente

ondulado, sobre perfis de solos provenientes do intemperismo do Arenito Botucatú

(BASTOS, 1999).

O perfil escolhido no loteamento, denominado PT, situa-se ao longo da Rua Ceará,

próximo da esquina com a Rua Alto Uruguai. Lá um talude de 4 a 5 m de altura expõe um

perfil de forte intemperismo do Arenito Botucatú. Em um dos trechos, o talude é cortado por

uma boçoroca que invade o lote. Segundo Bastos (1999), esta boçoroca tem recebido

irregularmente“ aterros” com lixo industrial calçadista. Ao pé deste talude, junto ao passeio

público, graves processos erosivos foram controlados com a restauração da drenagem da área

e aterros.

Dada à representatividade no perfil e o contraste no comportamento frente à erosão,

Bastos (1999) amostrou o horizonte B (PT-B) e o horizonte saprolítico (PT-C). As evidências

de campo permitem considerar o PT-B mais resistente à erosão que o PT-C. Em locais onde o

horizonte subsuperficial foi conservado nos lotes, o ravinamento é inexpressivo. Entretanto,

quando o fluxo superficial atinge o solo saprolítico friável, os processos erosivos são

acelerados e mais profundos (BASTOS, 1999). As Figuras 4.14 e 4.15 mostram o horizonte B

e C do perfil PT, respectivamente. Uma representação do perfil PT, assim com as

características de seus solos, é apresentada na Figura 4.16.

Figura 4.14 - Horizonte B do perfil PT

(PT-B). Fonte: Bastos (1999).

Figura 4.15 - Horizonte C do perfil PT

(PT-C). Fonte: Bastos (1999).

45

Figura 4.16 – Perfil PT. Fonte: Bastos (1999)

4.2.4 Morro do Osso/Cidade de Deus (CD)

Localizado na zona sul de Porto Alegre/RS, o Morro do Osso, situado próximo à

margem do Lago Guaíba, possui 143 m de cota máxima, uma área aproximada de 220 ha e

constitui uma das áreas de preservação ambiental da capital gaúcha.

Sua porção leste, junto à Vila Cidade de Deus no Bairro Camaquã, é ocupada até seu

terço médio. No local são encontrados assentamentos populares e uma saibreira desativada. O

material decapeado pela anterior atividade extrativa na saibreira tem sido fortemente erodido

(BASTOS, 1999).

O perfil estudado, denominado CD, é um dos taludes com 5 m de altura da já referida

saibreira, situada na Rua do Sínodo. O perfil de amostragem localiza-se adjacente a um

incipiente processo de voçorocamento, já estabilizado (Figura 4.17).

O perfil foi classificado como Cambissolo com baixo grau de evolução pedogenética.

É constituído de um raso horizonte B (CD-B) incipiente, de coloração avermelhada, onde

estão presentes minerais primários ainda intemperizáveis; e um horizonte C (CD-C), de

coloração amarelo-avermelhado, formado por um típico solo saprolítico arenoso oriundo do

intemperismo de rocha granítica. A Figura 4.18 apresenta um esquema do perfil típico CD.

46

Figura 4.17 - Perfil CD Fonte: Bastos (1999)

Figura 4.18 – Perfil típico CD. Fonte: Bastos (1999).

47

5 RESULTADOS

5.1 Ensaios de caracterização geotécnica dos materiais

A Tabela 5.1 apresenta os resultados da análise granulométrica e classificação

geotécnica dos perfis estudados e a Tabela 5.2 apresenta os resultados dos ensaios para

determinação dos índices físicos e limites de consistência.

Tabela 5.1 – Resultado da análise granulométrica e classificação geotécnica

Solo Frações Granulométricas (%) Classif. Geotécnica

A. Grossa A. Média A. Fina Silte Argila H.R.B. S.U.C.S.

P-UFSM 48,0 23,0 12,0 9,0 6,0 A2-4 SM

P-SV-AB 30,0 17,0 15,0 18,0 20,0 A4 MH

P-SV-RA 2,0 2,0 17,0 28,0 51,0 A7-5 MH

P-SV-ARE - 13,0 54,0 16,0 17,0 A2-6 SC

P-CISM 13,0 13,0 20,0 15,0 37,0 A7-5 CL

ALG-B 1,0 16,0 29,0 12,0 42,0 - ML

ALG-C 12,0 41,0 23,0 17,0 7,0 - SM

RS239-BC - - 68,0 9,0 23,0 - SM-SC

RS239-C - - 74,0 10,0 16,0 - SM-SC

PT-B - 3,0 35,0 5,0 57,0 - ML

PT-C - 8,0 62,0 18,0 12,0 - SM-SC

CD-B 23,0 16,0 13,0 10,0 38,0 - SM

CD-C 25,0 28,0 17,0 19,0 11,0 - SM

Obs.: H.R.B. - Highway Research Board; S.U.C.S. - Sistema Unificado de Classificação dos Solos; SM – areia

siltosa; MH – silte elástico; SC – areia argilosa; CL – argila pouco plástica e ML – siltes. Fonte: Sant’Ana

(2012), Fernandes (2011), Nagel (2009) e Bastos (1999).

48

Tabela 5.2 – Resultado dos ensaios para determinação dos índices físicos e limites de consistência

Solo Índices Físicos Limites de Consistência (%)

(%) (KN/m³) s (KN/m³) d (KN/m³) (%) S (%) wl wp I.P.

P-UFSM 10,40 15,80 26,40 14,30 0,73 42,10 12,50 N.P. N.P. -

P-SV-AB 2,9 a 37,5 15,87 26,36 14,00 0,92 46,87 9,0 a 75,4 36 27 9

P-SV-RA 21,9 a 34 17,09 27,74 13,47 1,07 51,46 50,9 a 98,9 64 35 29

P-SV-ARE 2,3 a 20,6 17,78 26,58 15,61 0,72 41,29 9,1 a 78,4 34 19 15

P-CISM 17,6 a 21,9 18,17 28,78 15,20 0,90 47,19 49,4 a 81,3 41 23 18

ALG-B 20,7 a 30,1 16,90 26,80 13,40 0,99 - 55,9 a 81,3 41 31 -

ALG-C 9,2 a 21,9 15,60 26,60 13,50 0,97 - 25,3 a 60,1 39 34 -

RS239-BC 13,8 a 26,0 18,90 26,60 15,80 0,69 - 53,4 a 100 23 16 -

RS239-C 7,8 a 14,3 17,60 26,40 15,90 0,66 - 31,3 a 57,1 20 14 -

PT-B 15,3 a 22,7 16,10 28,50 13,60 1,10 - 39,6 a 58,7 44 31 -

PT-C 10,2 a 13,4 17,00 26,50 15,30 0,74 - 36,3 a 48,0 19 14 -

CD-B 9,9 a 19,5 16,10 26,20 14,10 0,86 - 30,2 a 59,4 53 31 -

CD-C 9,2 a 20,2 15,10 26,30 13,20 1,00 - 24,1 a 53,1 38 31 -

Obs.: - teor de umidade natural, - massa específica aparente natural, - massa específica real dos grãos, - massa específica aparente seca, - índice de vazios, –

porosidade, S - grau de saturação, wl - limite de liquidez, wp - limite de plasticidade e I.P. - índice de plasticidade. Fonte: Sant’Ana (2012), Fernandes (2011) e Bastos (1999).

49

Os resultados apresentados na Tabela 5.1 mostram que entre os solos estudados ocorre

uma predominância daqueles com maior fração grossa (areia). Os solos P-UFSM, P-SV-AB,

P-SV-ARE, ALG-C, RS239-BC, RS239-C, PT-C e CD-C apresentaram em média 71,25% de

suas frações granulométricas na faixa de areia grossa a fina. Para a maioria, essa característica

se deve a origem destes solos, que possuem substrato granítico ou arenito, com minerais como

quartzo e feldspato ainda em decomposição.

Os solos P-SV-RA e PT-B foram os que apresentaram maior porcentagem de finos,

com destaque para a fração argila. Os solos P-CISM, ALG-B e CD-B foram os que

apesentaram um maior equilíbrio entre as frações grossas e finas, apresentando uma boa

distribuição desde a fração areia até a fração argila. Como consequência destes resultados e

segundo o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS), a maioria foi enquadrada no

grupo dos solos grossos, do tipo areia siltosa (SM) e areia argilosa (SC). Os solos P-SV-AB e

P-SV-RA foram classificados com silte elástico (MH); o ALG-B e PT-B como siltes (ML) e o

P-CISM como argila pouco plástica (CL).

Em relação aos índices físicos e limites de consistência apresentados na Tabela 5.2,

apenas o P-UFSM não apresentou plasticidade (N.P.) quando comparado aos demais. O P-

SV-RA foi o que apresentou maior índice de plasticidade (I.P.) devido ao alto teor de finos

(79%).

Segundo o IAEG (1979) e baseado no valor médio dos resultados de grau de saturação

(S), verifica-se que o P-UFSM é dito naturalmente seco (0% < S < 25%). Já os solos P-SV-

RA, P-CISM, ALG-C e RS239-BC são denominados muito úmidos (50% < S < 80%). Os

demais são classificados como úmidos (25%<S<50%). Essa avaliação evidencia o caráter não

saturado dos perfis estudados.

Bastos (1999) observa a existência de significativas variações no teor de umidade (w)

para um mesmo solo da RMPA. Algumas destas variações representam ganhos de umidade

por eventos pluviométricos que ocorreram em data próxima, antecedente à coleta das

amostras. Outra evidência é o maior teor de umidade para os horizontes subsuperficiais em

relação aos horizontes saprolíticos de um mesmo perfil, a exceção do perfil CD, onde não é

observada uma diferenciação relevante entre os teores de umidade.

Analisando-se os valores apresentados na Tabela 5.2 referentes ao índice de vazios (e)

dos solos de Santa Maria e da RMPA, pode-se verificar que o P-SV-RA e o PT-B foram os

que apresentaram valores acima de 1,0; condizentes com os valores típicos de solos argilosos.

Para os demais, os valores de índice de vazios variaram entre 0,66 e 1,0; também

concordando com valores típicos de solos arenosos.

50

Em relação à massa especifica real dos grãos (s) observam-se valores entre 26,20 e

28,78 KN/m³, consistentes com a mineralogia da maioria dos solos estudados (quartzo e

feldspato).

5.2 Ensaios baseados na metodologia MCT

A Tabela 5.3 apresenta os resultados dos ensaios de infiltrabilidade e perda de massa

por imersão. Os ensaios foram conduzidos adotando a mesma metodologia de Bastos (1999)

em três condições de umidade diferentes: umidade natural, seca ao ar e pré-umedecidas. Os

valores apresentados em destaque na tabela são os que classificam os solos como erodíveis,

conforme sua condição de umidade.

Tabela 5.3 – Resultado dos ensaios de infiltrabilidade e perda de massa por imersão baseados

na metodologia MCT

Solo

Condição de umidade

Natural Seca ao ar Pré-umedecida

s pi pi/s s pi pi/s s pi pi/s

(%) (%) (%)

P-UFSM 0,362 0,56 1,55 0,660 4,33 6,56 0,0035 1,32 380,77

P-SV-AB 0,248 0,69 2,9 0,265 2,84 9,4 0,0040 0,94 382

P-SV-RA 0,166 3,84 23,8 0,454 26,00 60,7 0,0030 2,96 983

P-SV-ARE 0,058 47,00 792 0,040 55,10 1398 0,0008 31,70 36533

P-CISM 0,130 10,48 80,6 0,902 55,46 61,5 0,0120 2,13 177,5

ALG-B 0,054 0,80 15 0,180 1,50 8 0,0060 0,30 50

ALG-C 0,305 78,40 257 0,637 77,00 121 0,1350 70,20 520

RS239-BC 0,037 6,00 162 2,557 81,90 32 0,0020 0,50 250

RS239-C 0,149 11,20 75 0,267 40,10 150 0,0040 0,90 225

PT-B 0,288 0,40 1 0,399 11,60 29 0,1060 0,10 1

PT-C 0,386 39,90 103 0,274 85,20 311 0,3510 50,00 142

CD-B 0,173 1,60 9 0,311 38,40 123 0,1270 1,60 13

CD-C 0,269 40,70 151 0,460 0,46 156 0,0840 4,40 52

Obs.: s – coeficiente de sorção, pi – perda de massa por imersão. Fonte: Sant’Ana (2012), Fernandes (2011) e

Bastos (1999).

51

Para o P-UFSM a relação pi/s para as condições de umidade natural e seca ao ar foi

menor que 52 o que caracteriza material de baixa erodibilidade, o que não ocorreu na

condição pré-umedecida. Em campo, o que se verifica é uma camada de arenito mais

resistente devido à presença de óxidos de ferro (cimento ferruginoso). Segundo Nagel (2009)

a ocorrência de voçorocas sobre este material é rara.

Para o P-SV, nas amostras do horizonte A/B a relação pi/s maior que 52 foi verificado

somente para condição pré-umedecida, principalmente, devido a baixa sorção. Na camada

rocha alterada a relação pi/s maior que 52 foi verificada para condição seca ao ar e pré-

umedecida e para as amostras de arenito esta relação foi obtida independente da condição de

umidade (solo erodível). Os resultados apresentados destacam a maior susceptibilidade à

erosão do arenito em relação à rocha alterada e horizonte superficial do solo (horizonte A/B),

condizendo com o que é verificado in situ.

Segundo os resultados apresentados por Sant’Ana (2012), para o P-CISM, a perda por

imersão nas amostras secas ao ar foi mais elevada em relação às amostras na unidade natural e

pré-umedecidas. Verificou-se uma tendência de um aumento concomitante na velocidade de

ascensão capilar e na perda por imersão para amostras secas ao ar. Tendência oposta é

observada para amostras pré-umedecidas. Estas observações também foram descritas por

Bastos (1999).

Segundo este autor, a variação da razão entre as grandezas que representam estas

propriedades (pi/s) é que determina qualquer mudança na avaliação de erodibilidade pelo

critério proposto por Nogami e Villibor (1979). Para o P-CISM a relação pi/s maior que 52 foi

verificado para as três condições de umidade, mas para condição pré-umedecida, essa relação

foi bem mais elevada quando comparada as outras devido ao baixo coeficiente de sorção (s).

Segundo Bastos (1999), os solos ALG-C, RS239-C, PT-C e CD-C, localizados na

região metropolitana de Porto Alegre, são considerados erodíveis independente da condição

de umidade inicial das amostras. A maior cimentação natural do solo RS239-C, manifestada

pela menor perda por imersão em relação aos outros solos saprolíticos, não é suficiente para

classifica-lo como não erodível, visto seu baixo coeficiente de sorção, motivado, sobretudo

pela baixa porosidade deste solo. O solo de transição arenoso fino RS239-BC não apresentou

comportamento erodível apenas na condição seca ao ar, devido ao elevado coeficiente de

sorção medido nesta condição. Os solos ALG-B, PT-B e CD-B mostraram o melhor

comportamento frente à erosão segundo o critério (não erodíveis), sendo que somente o

último, pela elevada perda por imersão, é considerado erodível na condição seca ao ar. Estes

52

resultados, de uma maneira geral, concordam com o comportamento observado em campo

segundo o autor.

5.3 Ensaio do cone de laboratório

As Tabelas 5.4, 5.5 e 5.6 apresentam os resultados do ensaio do cone de laboratório

realizado em amostras de material dos perfis de Santa Maria. Observa-se que o P-SV teve

apenas a camada de arenito (P-SV-ARE) avaliada por este ensaio.

Com os resultados apresentados nestas tabelas percebe-se que os valores de penetração

do cone de laboratório para o P-UFSM foram os que menos sofreram a influência das

mudanças nas condições de umidade durante o ensaio. A justificativa para isso pode ser a sua

alta fração granulométrica na faixa areia grossa e média (71%), que dificulta a penetração do

cone nas amostras devido ao tamanho e a mineralogia dos grãos (quartzo e feldspato).

Já o P-CISM foi o que apresentou maior sensibilidade com as mudanças nas condições

de umidade. Sua maior porcentagem de finos (silte e argila) e índice de vazios, classificando-

o como alto segundo o IAEG (1979), combinados com a redução do atrito das partículas que

compõem o solo, causada pelo processo de saturação das amostras, pode ser justificativa para

que o valor de Psat quase chegasse ao dobro do Pnat. A ponta do cone de laboratório ao

penetrar na amostra consegue empurrar as partículas finas do solo, que estão lubrificadas pela

água, e que acabam ocupando os vazios em seu interior.

A Tabela 5.7 trás, juntamente com P-UFSM, P-SV-ARE e P-CISM, os resultados

obtidos por Bastos (1999) para os perfis da RMPA.

A Figura 5.1 apresenta os valores médios de penetração, obtidos a partir dos pontos

válidos, para cada solo estudado nas condições de umidade natural (Pnat) e pré-umedecida

(Psat).

53

Tabela 5.4 – Resultado do ensaio do cone de laboratório para P-UFSM

Amostra Nº da

Penetração

Leitura Penetração Condição

Umidade Umidade Umidade

Natural Pré-úmida Natural Pré-úmida Natural Pré-úmida

AM

OS

TR

A 1

1 68 86 18 36 Válido -

2 64 66 14 16 - -

3 63 93 13 43 - -

4 66,5 90 16,5 40 Válido -

5 91,5 70 41,5 20 - Válido

6 78 69 28 19 - -

7 61 71 11 21 - Válido

8 68 78 18 28 Válido -

9 85 68 35 18 - -

AM

OS

TR

A 2

10 72 71,5 22 21,5 - Válido

11 72 64 22 14 - -

12 54,5 71,5 4,5 21,5 - Válido

13 67 71 17 21 Válido Válido

14 72,5 78 22,5 28 - -

15 61 71 11 21 - Válido

16 63 62 13 12 - -

17 69 66 19 16 - -

18 70 66 20 16 - -

AM

OS

TR

A 3

19 67 66 17 16 Válido -

20 61 66 11 16 - -

21 65 69 15 19 - -

22 68 65 18 15 Válido -

23 59 63 9 13 - -

24 61 65 11 15 - -

25 62 70 12 20 - Válido

26 60 65 10 15 - -

27 65,5 66 15,5 16 - -

Média 17,20 20,63 - -

Média + 5% 18,06 21,66 - -

Média - 5% 16,34 19,60 - -

Nº de Pontos Válidos - - 6 7

Penetração Média (Pnat e Psat) 1,74 mm 2,09 mm - -

Variação da Penetação (DP e DPA) 19,75 % 16,50 % - -

s (cm/min1/2

) 0,3620 0,0035 - -

CLASSIFICAÇÃO Baixa Baixa - -

54

Tabela 5.5 – Resultado do ensaio do cone de laboratório para P-SV-ARE

Amostra Nº da

Penetração




AM

OS

TR

A 1

1 72 84 22 34 Válido -

2 72 85 22 35 Válido -

3 74 83 24 33 Válido -

4 71 83 21 33 - -

5 72 84 22 34 Válido -

6 71 86 21 36 - Válido

7 74 85 24 35 Válido -

8 70 85 20 35 - -

9 69 86 19 36 - Válido

AM

OS

TR

A 2

10 74 92 24 42 Válido -


12 76 87 26 37 - Válido

13 74 83 24 33 Válido -

14 75 84 25 34 - -


16 75 83 25 33 - -

17 71 92 21 42 - -

18 72 83 22 33 Válido -

AM

OS

TR

A 3

19 75 89 25 39 - Válido

20 74 93 24 43 Válido -

21 72 94 22 44 Válido -

22 77 98 27 48 - -


24 76 83 26 33 - -

25 75 94 25 44 - -

26 74 92 24 42 Válido -

27 70 97 20 47 - -

Média 23,1 37,6 - -

Média + 5% 24,3 39,5 - -

Média - 5% 22,0 35,7 - -




s (cm/min1/2

) 0,0580 0,0008 - -

CLASSIFICAÇÃO Alta Alta - -

55

Tabela 5.6 – Resultado do ensaio do cone de laboratório para P-CISM

Amostra Nº da

Penetração




AM

OS

TR

A 1

1 65 100 15 50 - -

2 79 95 29 45 - Válido

3 81 94 31 44 - Válido

4 83 89 33 39 - -

5 69 94 19 44 - Válido

6 77 93 27 43 - Válido

7 75 91 25 41 Válido -

8 68 89 18 39 - -

9 69 95 19 45 - Válido

AM

OS

TR

A 2

10 71 92 21 42 - -

11 75 103 25 53 Válido -

12 78 107 28 57 - -

13 73 106 23 56 Válido -

14 70 108 20 58 - -

15 74 97 24 47 Válido -

16 71 104 21 54 - -

17 73 100 23 50 Válido -

18 66 108 16 58 - -

AM

OS

TR

A 3

19 77 93 27 43 - Válido

20 80 81 30 31 - -

21 78 84 28 34 - -

22 69 87 19 37 - -

23 79 91 29 41 - -

24 74 91 24 41 Válido -

25 75 89 25 39 Válido -

26 74 84 24 34 Válido -

27 75 85 25 35 Válido -

Média 24,0 44,4 - -

Média + 5% 25,2 46,7 - -

Média - 5% 22,8 42,2 - -




s (cm/min1/2

) 0,1300 0,0120 - -

CLASSIFICAÇÃO Alta Alta - -

56

Tabela 5.7 – Resultado dos ensaios do cone de laboratório e classificação quanto ao potencial erosivo segundo Alcântara (1997)

Solo Pnat Psat DP DPA s ( ) Valor da expressão

Classifi. (mm) (mm) (%) (%) Natural Pré-umed. 46,4.(s)+25 21,4.(s)+20

P-UFSM 1,74 2,09 19,75 16,50 0,3620 0,0035 41,80 20,07 Baixa/Média

P-SV-ARE 2,31 3,70 59,88 37,45 0,0580 0,0008 27,69 20,02 Alta

P-CISM 2,42 4,40 81,65 44,95 0,1300 0,0120 31,03 20,26 Alta

ALG-B 3,30 3,90 18,00 15,00 0,0540 0,0060 27,51 20,13 Baixa/Média

ALG-C 4,90 12,70 159,00 61,00 0,3050 0,1350 39,15 22,89 Alta

RS239-BC 3,00 4,50 50,00 33,00 0,0370 0,0020 26,72 20,04 Alta

RS239-C 2,30 2,40 4,00 4,00 0,1490 0,0040 31,91 20,09 Baixa/Média

PT-B 3,90 5,40 39,00 28,00 0,2880 0,1060 38,36 22,27 Alta

PT-C 4,40 11,00 150,00 60,00 0,3860 0,3510 42,91 27,51 Alta

CD-B 4,50 5,90 31,00 24,00 0,1730 0,1270 33,03 22,72 Alta

CD-C 3,70 16,40 343,00 77,00 0,2690 0,0840 37,48 21,80 Alta

Obs.: Pnat – penetração média com umidade natural, Psat – penetração na umidade pré-umedecida, DP – variação de penetração na umidade natural, DPA – variação de

penetração na umidade pré-umedecida e s – coeficiente de sorção. Fonte: Bastos (1999).

Figura 5.1 – Valores de penetração do cone de laboratório obtidos para os solos estudados em

diferentes condições de umidade.

Os resultados apresentados na Tabela 5.7 e na Figura 5.1 permitem destacar o

comportamento dos solos ALG-C, PT-C e CD-C durante os ensaios.

Estes solos foram os que apresentaram os maiores valores de DP e DPA devido à

variação na penetração do cone de laboratório com o umedecimento das amostras, a partir da

condição de umidade natural. Esse comportamento pode ser explicado pelo baixo teor de

finos presentes nestes solos, que corroboram para que eles possuam uma baixa coesão, e

também pelos altos valores de perda de massa (pi) e sorção (s), que evidenciam o alto poder

de desagregação destes materiais. Estes resultados de DP e DPA, combinados com o

coeficiente de sorção (s) do ensaio de infiltarabilidade, classificam os solos como sendo de

erodibilidade alta, comportamento flagrado em campo por Bastos (1999).

Em geral, os solos da RMPA apresentaram valores de Pnat e Psat maiores que os solos

de Santa Maria.

O P-UFSM, embora possuindo a maior fração grossa dos solos estudados (83%), foi

classificado como sendo de erodibilidade baixa a nenhuma devido a sua boa cimentação por

óxidos de ferro, evidenciada pelos baixos valores de perda de massa (pi), independente de sua

condição de umidade. Esse resultado é consistente com o que se verifica em campo.

0,01,02,03,04,05,06,07,08,09,0

10,011,012,013,014,015,016,017,0

Pen

etra

ção (

mm

)

Solo

Pnat

Psat

58

O ALG-B também foi classificado, segundo o critério de combinação de DP e DPA

com o coeficiente de sorção (s), como de erodibilidade baixa a nenhuma, concordando

perfeitamente com comportamento no campo segundo Bastos (1999). Este solo, segundo o

autor, foi um dos que apresentaram os mais altos teores de oxido de ferro (6,6%) dos solos

estudados na RMPA devido ao seu alto grau de laterização. Isso fica evidenciado pelos baixos

valores de pi nas três condições de umidade do ensaio de perda de massa por imersão,

resultante da boa cimentação gerada. Outro fator que contribui para essa classificação é a boa

distribuição granulométrica e o alto teor de argila que dificultam a penetração do cone de

laboratório, aumentando o imbricamento e a coesão dos grãos das amostras.

Para os solos P-SV-ARE e P-CISM os valores observados classificam estes materiais

como sendo de erodibilidade alta. Esses resultados são coerentes com o que se observa em

campo e justificam-se pela baixa cimentação destes materiais associada a um processo de

ruína, descrito por Camapum de Carvalho et al. (2006), causado na estrutura das amostras

devido ao avanço da frente capilar que expulsa o ar preso nos poros durante o processo de

saturação, causando a desagregação da amostra que pode ser atribuída aos mecanismos de

hidratação e desaeração que geram poropressões positivas capazes de desprender

individualmente suas partículas, facilitando a penetração da ponta do cone de laboratório.

Para o RS239-C a classificação de erodibilidade baixa a nenhuma, consistente com o

observado em campo por Bastos (1999), se justifica pela boa cimentação do horizonte

saprolítico, herdada do arenito que origina o solo da RMPA.

Já os solos RS239-BC, PT-B e CD-B são incluídos no grupo de solos com

erodibilidade alta, comportamento este, não observado em campo por Bastos (1999).

Para o RS239-BC o efeito da cimentação deste solo pouco intemperizado não foi

observado durante a realização dos ensaios do cone de laboratório devido aos baixos valores

de sorção (s) quando combinados aos valores de DP e DPA, através das equações

apresentadas na seção 2.3.3.

Para o PT-B a justificativa, segundo o autor, é a formação de uma superfície de

cimentação (denominada de camada de silicificação cimentada) e, em alguns casos, também a

formação de uma película biológica (constituída de fungos e algas), nos taludes do local onde

se localiza o perfil, ambos fornecendo proteção à erosão.

Para o CD-B a maior resistência à erosão observada em campo se deve, segundo

Bastos (1999), ao baixo grau de evolução pedogenética dos materiais deste perfil e o resultado

do ensaio de cone, aos valores de DP e DPA muito próximos do critério de divisão entre solos

de erodibilidade alta e baixa a nenhuma.

59

As Figuras 5.2 e 5.3 apresentam a classificação dos solos baseada na combinação de

DP e DPA, do ensaio do cone de laboratório, com o coeficiente de sorção (s), do ensaio de

infiltrabilidade, em forma de gráfico.

Figura 5.2 – Classificação dos solos baseada na combinação de DP do ensaio do cone de

laboratório com o coeficiente de sorção (s) do ensaio de infiltrabilidade.

P-UFSM

P-SV-ARE

P-CISM

ALG-B

ALG-C

RS239-BC

RS239-C

PT-B

PT-C

CD-B

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

DP

(%

)

s (cm/min1/2)

P-UFSM P-SV-ARE P-CISM ALG-B ALG-C RS239-BC

RS239-C PT-B PT-C CD-B CD-C

ERODIBILIDADE

ALTA

ERODIBILIDADE BAIXA

A NENHUMA

DP = 46,4.(s) + 25

60

Figura 5.3 – Classificação dos solos baseada na combinação de DPA do ensaio do cone de

laboratório com o coeficiente de sorção (s) do ensaio de infiltrabilidade.

P-UFSM

P-SV-ARE

P-CISM

ALG-B

ALG-C

RS239-BC

RS239-C

PT-B

PT-C

CD-B

CD-C

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

DP

A (

%)

s (cm/min1/2)

P-UFSM P-SV-ARE P-CISM ALG-B ALG-C RS239-BC

RS239-C PT-B PT-C CD-B CD-C

ERODIBILIDADE

ALTA

ERODIBILIDADE BAIXA

A NENHUMA

DPA = 21,4.(s) + 20

61

6 CONCLUSÕES

Os resultados da caracterização física dos solos estudados permitem concluir que

ocorre uma predominância daqueles com maior fração grossa (areia). Os solos P-UFSM, P-

SV-AB, P-SV-ARE, ALG-C, RS239-BC, RS239-C, PT-C e CD-C apresentaram em média

71,25% de suas frações granulométricas na faixa de areia grossa a fina, que se deve

principalmente a origem destes solos, que possuem substrato granítico ou arenito, com

minerais como quartzo e feldspato ainda em decomposição.

Em relação aos índices físicos e limites de consistência, destaca-se o caráter não

saturado dos solos estudados, com a maior parte deles sendo considerados, segundo o IAEG

(1979), como úmidos (25%<S<50%). Os valores apresentados 0,66 e 1,0 referentes os índices

de vazios evidenciam valores típicos de solos arenosos, concordando com a análise

granulométrica.

Em relação à massa especifica real dos grãos (s) observam-se valores consistentes

com a mineralogia dos solos estudados (quartzo e feldspato).

Os resultados dos ensaios de infiltrabilidade e perda de massa por imersão da

metodologia MCT de Nogami e Villibor (1979) apresentaram resultados satisfatórios quanto à

classificação dos solos estudados, separando-os em erodíves e não erodíveis segundo a

relação pi/s. Conclui-se que os solos estudados em Santa Maria/RS possuem maior potencial

erosivo quando saturados, mas que, nas condições naturais, apenas os solos P-SV-ARE e P-

CISM mantem esse potencial, que é muito maior para o solo do distrito de São Valentim.

Bastos (1999) também concluiu que a avaliação baseada nestes parâmetros de pi e s, foi

considerada satisfatória. Com base na capacidade de infiltração e no potencial de

desagregação dos solos em água foi possível identificar a resistência à erosão apresentada

pelos solos ALG-B, PT-B e CD-B e a destacada erodibilidade dos solos ALG-C, PT-C e CD-

C. Estes resultados confirmam a aplicabilidade do critério de erodibilidade MCT aos solos

residuais estudados.

A avaliação da erodibilidade feita utilizando a metodologia do ensaio do cone de

laboratório para os solos do município de Santa Maria foi consistente com a realidade,

classificando o P-SV-ARE e o P-CISM com erodibilidade alta e o P-UFSM com erodibilidade

baixa a nenhuma, mostrando que o método empregado apresentou, até aqui, resultados

satisfatórios para os solos da região.

62

Já Bastos (1999) avalia que dentre as propriedades propostas por Alcântara (1997)

para critérios de erodibilidade, foi a variação de resistência à penetração natural do cone de

laboratório, representada pelo parâmetro DP, que apresentou melhor relação com a taxa de

erodibilidade medida em laboratório para os solos estudados por ele.

Para os solos da RMPA a classificação não foi considerada satisfatória por Bastos

(1999), pois dos oito solos estudados pelo autor, três não foram classificados corretamente.

Para o autor o emprego do ensaio imprescinde do estabelecimento de critérios específicos às

condições do equipamento, que foi adaptado em relação à proposta original de Alcântara

(1997); ao método de ensaio e ao tamanho de amostra, que em seu estudo foi em anéis de 6 e

2 cm de diâmetro e altura, respectivamente.

Observa-se que o ensaio do cone de laboratório sofre influência, principalmente das

características físicas dos solos, sendo a principal delas a granulometria que atua na coesão

dos solos e no imbricamento dos grãos, facilitando ou não a penetração da ponta do cone.

O estudo sobre solos basicamente arenosos e rochas sedimentares mostra que nesses

materiais a metodologia possibilita a execução do ensaio sem maiores empecilhos, mas

acredita-se que em solos argilosos e com baixa permeabilidade o umedecimento das amostras

pelo período de 1 hora não seja suficiente para causar mudanças significativas nas leituras

realizadas durante o ensaio.

A distribuição dos pontos sobre a superfície da amostra também e outro fator que pode

influenciar nos resultados obtidos. Na literatura sobre o assunto, que serviu de base para este

trabalho, não há informações a respeito de como deve ser tal distribuição, que aqui foi

realizada em uma metade da amostra para a condição de umidade natural depois na outra

metade para a condição pré-umedecida. Uma análise estatística deveria ser realizada para

estabelecer um critério de distribuição dos pontos sobre a amostra, visando à máxima captura

pelo ensaio das possíveis heterogeneidades presentes na amostra.

Por fim, conclui-se que a utilização do ensaio de cone de laboratório pode sofrer

algumas alterações em sua metodologia com o objetivo de melhorá-la, mas que ainda assim,

se mostrou uma forma simples e rápida de avaliar a erodibilidade dos solos com relativa

precisão, principalmente na região de Santa Maria/RS.

63

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