ENSAIO DE INDERBITZEN PARA AVALIAÇÃO DA ERODIBILIDADE...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ENSAIO DE INDERBITZEN PARA AVALIAÇÃO DA ERODIBILIDADE DOS SOLOS E ROCHAS: APLICAÇÃO NAS REGIÕES DE SANTA MARIA, SÃO FRANCISCO DE ASSIS E PORTO ALEGRE/RS TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Lennon Ferreira Tomasi Santa Maria, RS, Brasil 2015
Transcript of ENSAIO DE INDERBITZEN PARA AVALIAÇÃO DA ERODIBILIDADE...
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ENSAIO DE INDERBITZEN PARA AVALIAÇÃO DA
ERODIBILIDADE DOS SOLOS E ROCHAS:
APLICAÇÃO NAS REGIÕES DE SANTA MARIA, SÃO
FRANCISCO DE ASSIS E PORTO ALEGRE/RS
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Lennon Ferreira Tomasi
Santa Maria, RS, Brasil
2015
ENSAIO DE INDERBITZEN PARA AVALIAÇÃO DA
ERODIBILIDADE DOS SOLOS E ROCHAS: APLICAÇÃO
NAS REGIÕES DE SANTA MARIA, SÃO FRANCISCO DE
ASSIS E PORTO ALEGRE/RS
Lennon Ferreira Tomasi
Trabalho de Conclusão de Curso apresentada ao Curso de Engenharia Civil,
Área de Concentração em Geotecnia da Universidade Federal de Santa Maria
(UFSM), 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
ENSAIO DE INDERBITZEN PARA AVALIAÇÃO DA
ERODIBILIDADE DOS SOLOS E ROCHAS: APLICAÇÃO NAS
REGIÕES DE SANTA MARIA, SÃO FRANCISCO DE ASSIS E PORTO
ALEGRE/RS
elaborado por
Lennon Ferreira Tomasi
como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
Rinaldo José Barbosa Pinheiro, Dr.
(Presidente/Orientador)
Andréa Valli Nummer, Dra. (UFSM)
(Avaliador)
Fábio Pereira Rossato, Me. (URI)
(Avaliador)
Santa Maria, 10 de julho de 2015.
RESUMO
Trabalho de Conclusão de Curso
Curso de Engenharia Civil
ENSAIO DE INDERBITZEN PARA AVALIAÇÃO DA
ERODIBILIDADE DOS SOLOS E ROCHAS: APLICAÇÃO NAS
REGIÕES DE SANTA MARIA, SÃO FRANCISCO DE ASSIS E PORTO
ALEGRE/RS AUTOR: LENNON FERREIRA TOMASI
ORIENTADOR: PROF. DR. RINALDO JOSÉ BARBOSA PINHEIRO
Data e Local da Defesa: 10 de julho de 2015, Santa Maria, RS.
A erosão consiste num conjunto de fenômenos naturais que age continuamente na superfície
terrestre, modificando-a através da desagregação e decomposição de rochas e solos.
Entretanto, pode se tornar um grave problema ambiental quando ocorre de forma
desordenada, sendo afetada pela ação antrópica, e causando prejuízos à sociedade como
redução da fertilidade dos solos e assoreamento de cursos d’água. A erodibilidade de um solo
é uma das propriedades condicionantes dos processos erosivos que pode ser definida como a
maior ou menor facilidade com que um solo é erodido. Considerando os possíveis danos
provocados pela erosão, o objetivo geral deste trabalho é analisar o uso do ensaio de
Inderbitzen como uma alternativa de avaliação direta da erodibilidade, comparando os
resultados obtidos a partir de amostras coletadas em perfis de solos localizados na região
oeste e central do RS com os oriundos da região metropolitana de Porto Alegre. Os solos
amostrados são, fundamentalmente, arenosos e pouco plásticos. Os resultados obtidos
demonstram que houve boa correlação entre a taxa de erodibilidade obtida no ensaio com o
comportamento observado em campo, com os solos e rochas que mostraram processos de
erosão como sulcos, ravinas e voçorocas apresentando, também, as maiores taxas de
erodibilidade. Diante disso, o ensaio de Inderbitzen se mostra uma boa alternativa na
avaliação da erodibilidade dos solos nas regiões estudadas.
Palavras-chave: Erosão; Erodibilidade; Ensaio de Inderbitzen.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 06
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 09
2.1 Erosão: conceitos e classificações ....................................................................................... 09
2.2 Mecanismos dos processos erosivos ................................................................................... 15
2.3 Fatores condicionantes dos processos erosivos ............................................................... 17
2.4 Erodibilidade dos solos: definições e seus métodos de avaliação e estimativa ......... 21
2.4.1 Ensaios de caracterização física .......................................................................................... 24
2.4.2 Métodos indiretos de avaliação da erodibilidade ............................................................. 26
2.4.2.1 Ensaio de desagregação .................................................................................................... 26
2.4.2.2 Metodologia MCT ............................................................................................................. 27
2.4.3 Ensaios de canais hidráulicos para avaliação da erodibilidade e seus parâmetros ....... 30
2.4.3.1 Método direto de avaliação da erodibilidade – ensaio de Inderbitzen ....................... 31
3 METODOLOGIA ............................................................................................................... 37
3.1 Etapa de gabinete ................................................................................................................... 37
3.2 Etapa de campo ...................................................................................................................... 37
3.3 Etapa de laboratório.............................................................................................................. 39
3.3.1 Ensaios de caracterização geotécnica dos solos ............................................................... 39
3.3.2 Ensaios para avaliação e quantificação da erodibilidade – ensaio de Inderbitzen ....... 40
4 ÁREAS DE ESTUDO ....................................................................................................... 48
4.1 Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA) ............................................................ 48
4.2 Voçoroca em São Francisco de Assis/RS (SF) ................................................................. 54
4.3 Santa Maria/RS (SM) ............................................................................................................ 57
5 RESULTADOS .................................................................................................................... 61
5.1 Ensaios de caracterização geotécnica dos solos estudados ........................................... 61
5.2 Método direto de avaliação da erodibilidade – ensaio de Inderbitzen ...................... 65
6 CONCLUSÕES .................................................................................................................... 75
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................... 78
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1 INTRODUÇÃO
A erosão é um grave problema ambiental que causa danos à sociedade devido ao seu
alto poder destrutivo que traz prejuízos a diversas áreas das relações humanas, como a
redução da fertilidade dos solos, contaminação e assoreamento de reservatórios e cursos
d’água, deslizamentos de encostas, entre outros (SANT’ANA, 2012). Os processos erosivos
têm várias origens e afetam a vida de muitas maneiras, tornando o assunto uma questão
multidisciplinar, que envolve e engloba profissionais de diversas áreas do conhecimento.
Para Camapum de Carvalho et al. (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 age continuamente na superfície da
Terra e representa um dos principais agentes naturais de transformação fisiográfica do
planeta, governado por agentes tais como clima, ação das águas e vento, características do
relevo, atividade biológica nos solos e, por último, e não menos importante, pela ação
antrópica.
É esta ação antrópica, manifestada, entre outras formas, através de obras de
engenharia executadas sem planejamento e preocupação ambiental, que potencializa o
processo de erosão dos solos e gera grandes prejuízos tanto em áreas urbanas quanto em
áreas rurais. A intervenção humana despreparada desordena o sistema natural de várias
formas: retirando a proteção dos solos, impermeabilizando áreas, aumentando o volume de
enxurradas, gerando maior transporte e deposição de sedimentos. Este maior volume de solo
erodido acaba, geralmente, sedimentando em cursos d’água como rios, lagos e reservatórios
– resultando no assoreamento dos mesmos. Decorrente disto surgem problemas como a
redução na profundidade de cursos d’água, aumento de níveis de enchentes em espaços
urbanos e, no caso dos reservatórios, diminuição da sua vida útil.
Os processos erosivos acentuados e suas consequências para sociedade e meio
ambiente, tanto no meio rural quanto no urbano, tem sido tema de intensa investigação e
debate para sua correta compreensão, principalmente nos últimos anos. E, inserido neste
aspecto, a identificação e análise dos mecanismos e parâmetros que determinam como ocorre
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a erosão dos solos é fundamental para, não só entender todo o processo em questão, mas
também na busca das melhores ações de controle e recuperação de áreas degradadas.
Dentro destes parâmetros que influenciam e condicionam o fenômeno da erosão dos
solos, um tem recebido especial atenção dos pesquisadores por se tratar de uma propriedade
intrínseca dos solos: trata-se da erodibilidade.
Segundo Bastos (1999) a erodibilidade é uma propriedade dos solos, condicionante
dos processos erosivos, que pode ser definida como a maior ou menor facilidade com que
suas partículas são destacadas e transportadas de um ponto a outro pela ação de um agente
erosivo, que pode ser a água, o gelo, o vento ou a gravidade; sendo um fator de grande
complexibilidade por estar em função de um grande número de fatores físicos, químicos,
biológicos e mecânicos intervenientes.
De acordo com Wischmeier e Smith (1965) apud Montenegro (1976) a erodibilidade
justificaria o 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. Diversos autores tais
como Ávila (2009), Fernandes (2011), Sant'Ana (2012) e Basso (2013), discorrem sobre o
tema, aprofundando o estudo sobre quão erodível um solo é em relação a outro.
Diante da importância da compreensão desta propriedade, dentro das muitas
pesquisas propostas, surgiram diversos métodos e ensaios para a avaliação da erodibilidade
dos solos. Estes ensaios, visando à quantificação e mensuração do fator, tornaram-se
imprescindíveis para o entendimento do processo erosivo e, os mais difundidos no meio
geotécnico, envolvem a avaliação direta e/ou indireta da erodibilidade.
Em virtude disto, considerando a relevância dos efeitos danosos provocados pela
erosão dos solos e com o propósito de compreender adequadamente a erodibilidade dos solos
e sua influência nos processos erosivos, este presente trabalho tem como objetivo geral
analisar o uso do ensaio de Inderbitzen como uma alternativa de avaliação direta da
erodibilidade, comparando os resultados obtidos a partir de amostras coletadas em perfis de
solos localizados na região oeste e central do Rio Grande do Sul com resultados referentes às
amostras coletadas de perfis de solos da região metropolitana de Porto Alegre.
Como objetivos específicos, esta pesquisa pretende:
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A) Revisar os conceitos relacionados à erosão – definições, suas fases e seus fatores
condicionantes – e sobre erodibilidade e seus respectivos métodos de avaliação e
quantificação, através de uma vasta revisão bibliográfica sobre estes assuntos.
B) Compreender a metodologia de avaliação direta da erodibilidade estudada e fazer
uso da mesma, aplicando-a as amostras de solo coletadas e detalhando todo o procedimento
executado.
C) Apresentar e comparar os ensaios realizados com os resultados dos trabalhos de
Bastos (1999), Fernandes (2011) e Basso (2013), pesquisadores estes que analisaram regiões
distintas do estado do Rio Grande do Sul.
D) Efetuar a análise da eficácia dos métodos aplicados, em especial do método direto
de avaliação da erodibilidade – ensaio de Inderbitzen, realizando as conclusões pertinentes.
O trabalho está estruturado em 5 capítulos. O capítulo 1 consiste em uma introdução
sobre o assunto proposto. O capítulo 2 apresenta a revisão bibliográfica sobre os assuntos
pertinentes aos processos erosivos, a propriedade da erodibilidade e os métodos de avaliação
deste parâmetro. O capítulo 3 trata da metodologia aplicada neste trabalho, especificando os
procedimentos executados. Já o capítulo 4 aborda as áreas estudadas, das quais foram
retiradas as amostras para obtenção de resultados. Em seguida, no capítulo 5, são
apresentados todos os resultados referentes aos solos estudados, de forma comparativa. Por
fim, o capítulo 6 traz as conclusões e considerações pertinentes ao estudo realizado.
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Nesta seção é apresentada uma revisão bibliográfica sobre os conceitos referentes à
erosão; as classificações existentes, os mecanismos e os fatores intervenientes dos processos
erosivos; além de uma definição da erodibilidade dos solos e os métodos mais utilizados no
meio geotécnico para avaliação desta propriedade.
2.1 Erosão: conceitos e classificações
Segundo Bastos (1999) 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.
De acordo com Toy e Hadley (1987) apud Cunha (1997), a erosão dos solos é um
processo natural no desenvolvimento da paisagem, sendo responsável pela remoção do
material de superfície por meio do vento, do gelo ou da água. Sob tais condições, a erosão é
considerada um processo natural. No entanto, a erosão acelerada dos solos, isto é, aquela que
ocorre em intensidade superior à erosão natural é, usualmente, consequência dos resultados
das atividades humanas sob determinadas condições de clima, vegetação, solo e relevo
(VILELA FILHO, 2002).
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.
Segundo Ávila (2009) o primeiro momento em que o tema erosão, suas causas e
consequências foi abordado pela comunidade internacional foi na Conferência das Nações
Unidas para o Meio Ambiente realizado em Estocolmo em 1972. A partir deste período, o
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tema se tornou estudo frequente dentro de diversas áreas do conhecimento tais como
Geologia, Geografia, Agronomia e Engenharia (Geotécnica e Hidráulica). Engajados em
entender o fenômeno e encontrar soluções para o processo erosivo, vários autores como
Lacerda et al. (2001), Guerra (2002), Surtegaray (2003), Guerra e Mendonça (2004), Paiva e
Beling (2006) entre outros, propuseram estudos importantes sobre o assunto.
Na busca de um maior entendimento e domínio do assunto erosão, a partir dos anos
70, diversos critérios surgiram - nos estudos - para a classificação dos processos erosivos tais
como: natureza do processo, agente causador e grau de intensidade. Dentre estes critérios,
quanto à escala de tempo em que o fenômeno ocorre ou à natureza do processo, a maioria dos
autores, assim como Bastos (1999), classifica as erosões em dois grandes grupos:
Erosão natural ou geológica:
Como o próprio nome denota, trata-se de um processo natural de denudação, que
ocorre conforme a evolução da superfície terrestre. Este tipo de erosão é caracterizado pela
desagregação e pelo transporte das partículas de solo através dos agentes erosivos tais como
gelo, vento e água, porém de forma lenta e contínua.
Para Bertoni e Lombardi Neto (1999), a erosão natural ou geológica ocorre de
maneira lenta e gradual ao longo da escala de tempo, sendo considerada de ocorrência normal
e benéfica, pois através dela, resultaram as inúmeras formas de relevo da superfície terrestre
como colinas suaves, planícies extensas e vales férteis.
Erosão antrópica ou acelerada:
Este tipo de erosão consiste em um processo muito mais rápido e destrutivo, que cria
um desequilíbrio nas fases de erosão geológica e posterior sedimentação, sendo fortemente
influenciado pela ação do ser humano sobre o relevo.
Conforme Bigarella (2003) a erosão acelerada ou antrópica ocorre quando tal
equilíbrio é afetado bruscamente, numa escala de tempo relativamente curta, não sendo
capaz, por si só, de atingir a nova compensação de forças. De acordo com o autor, o
desequilíbrio é promovido pelas mudanças climáticas e intervenções antrópicas como, por
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exemplo, o mau uso do solo na agricultura e as obras de engenharia, que interferem no meio
físico provocando assim, processos erosivos diretos e muitas vezes previsíveis. Um exemplo
de erosão acentuada ocorre em estrada de terra no Campo de Instrução de Santa Maria
(CISM) – RS, conforme Figura 2.1.
Figura 2.1 – Erosão acentuada em estrada de terra no Campo de Instrução de Santa Maria
(CISM). Fonte: Sant’Ana (2012)
Cunha (1997) destaca que a erosão dos solos é considerada normal, quando ocorre
um equilíbrio entre os processos de formação do solo e seu desgaste natural. Quando o
processo erosivo é mais intenso, sendo mais veloz que a formação do solo, ocorre a erosão
acelerada, chamada de erosão antrópica, caso tenha sido provocada pela ação humana. Tal
situação ocorre quando são encontradas determinadas condições de solo, litologia e relevo
que proporcionam o desencadeamento da substituição da vegetação natural por outro tipo de
cobertura vegetal, o qual não proporciona proteção eficiente contra a erosão, dificultando o
estabelecimento do processo pedogenético que recomporia a camada erodida.
Outro critério classificatório dos processos erosivos é quanto ao grau de intensidade
em que os mesmos ocorrem. Estudos como IPT (1991), Maciel Filho (1997), Infanti Jr.
(1998), Bertoni e Lombardi Neto (1999), entre outros, classificam as erosões segundo este
quesito em: erosão superficial ou laminar; sulcos ou ravinas; e voçorocas.
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Erosão superficial ou laminar
De acordo com Magalhães (2001), caracteriza-se pelo desgaste e arraste uniforme em
toda a extensão da área sujeita ao processo erosivo. Erosão superficial ou laminar (sheet
erosion), considerada um dos tipos mais perigosos de erosões, está relacionada à distribuição
do destacamento das partículas do solo, que acontece de maneira suave e uniforme por toda a
sua extensão. Considerada perigosa por ser muitas vezes imperceptível, principalmente no
meio rural, no qual as partículas finas são as primeiras a serem carreadas pelo fluxo, fazendo
com que os solos fiquem improdutivos.
Autores como Camapum de Carvalho et al. (2006), afirmam que a erosão superficial
por escoamento laminar pode ou não propiciar o aparecimento de sulcos, mas quando
gerados, poderão evoluir para ravinas e voçorocas.
Erosão em sulcos ou ravinas;
De acordo com Camapum de Carvalho et al. (2006a) e Bigarella (2003), entre outros
autores, a erosão em sulcos ou ravinas é a primeira fase de desenvolvimento de uma erosão
dita linear e desenvolve-se rapidamente durante a chuva intensa devido ao escoamento
superficial que se torna concentrado.
Segundo os trabalhos de Bertoni e Lombardi Neto (1985) e Bigarella (2003), a erosão
em sulcos resulta das pequenas irregularidades na declividade do terreno que faz com que a
enxurrada, concentrando-se em alguns pontos do terreno, atinja velocidade e volume
suficientes para formar riscos mais ou menos profundos. Já para Vilar & Prandi (1993 apud
CAMAPUM DE CARVALHO et al., 2006) a erosão em sulcos corresponde à erosões
lineares e a erosão que ocorre intersulcos corresponde à erosão laminar.
Conforme os autores citados, o mecanismo de destacamento e de transporte das
partículas de solo ocorre de formas diferentes nas regiões dos sulcos e na intersulcos. Na
região dos sulcos, o desprendimento e transporte das partículas ocorrem devido ao fluxo
superficial. Já para a região intersulcos, o processo é fundamentalmente desencadeado pelo
fenômeno do splash ou salpicamento, quando a queda da gota d'água provoca o destacamento
das partículas do solo.
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Cooke e Doornkamp (1990 apud BIGARELLA, 2003) afirmam que este processo
pode ser responsável até por 90% da erosão de um solo em algumas circunstâncias. O
processo de desagregação ocorre da seguinte maneira: a energia acumulada em uma gota de
chuva que cai sobre um solo desprotegido pela vegetação, é muito grande. O impacto da gota
causa o desprendimento e a projeção das partículas menores do solo no ar, formando uma
cratera no ponto onde a gota toca o solo (Figura 2.2).
Figura 2.2 - Erosão por salpicamento ou splash. Fonte: IPT (1991).
Para a maioria dos autores, o volume de material erodido é maior nos sulcos, mesmo
que dependa de outros fatores como a declividade do terreno e o tipo de solo presente. Os
conceitos referentes a sulcos e ravinas são apresentados por uma gama de diferentes autores
que, basicamente, os relacionam às dimensões de incisão dos sulcos, à geometria da feição
erosiva, ao tipo de fluxo de escoamento ou ao afloramento do lençol freático na incisão.
Dentre estas características, as classificações mais utilizadas internacionalmente no meio
técnico, segundo Heede (1970, apud OLIVEIRA, 1990), são as que se baseiam nas
dimensões das incisões erosivas. De acordo com este autor, são consideras ravinas as
incisões que atingem até 50 centímetros de profundidade e largura.
Já Bigarella (2003) apresenta diferente terminologia de acordo com a profundidade,
sendo: ranhura (até 5 cm); sulco ( 5 a 30 cm); vala ( 30 a 100 cm); e ravina ( maior 100 cm).
Este autor afirma que os sulcos, com o aumento do seu tamanho, transformam-se em valas de
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erosão, conhecidas como "gully" e, posteriormente, em ravinas de maiores dimensões. Na
literatura técnica o termo "gully" é utilizado, também, para denominar ravinas e até mesmo
voçorocas, dando certa imprecisão ao termo.
De acordo com Camapum de Carvalho et al. (2006) sulcos são os canais de até 10 cm
de profundidade, formados pela concentração do escoamento superficial; e as ravinas são
canais com profundidade entre 10 e 50 cm, em que começa a ocorrer a instabilidade dos
taludes.
Já autores como Imeson & Kwaad (1980 apud BIGARELLA, 2003) estabelecem
arbitrariamente o valor de 50 cm como profundidade mínima de uma ravina ("gully").
Voçorocas:
O termo voçoroca, de acordo com Bastos (1999), é originado do termo Tupi-guarani
“mboso’roka”, que significa romper ou rasgar, podendo ser definida como sendo uma ravina
de grandes dimensões provocada pela ação antrópica combinada com a ação do fluxo
subsuperficial e subterrâneo.
Segundo Galeti (1985) voçorocas são sulcos profundos feitos no solo pelas águas,
podendo ser produto de águas superficiais ou de águas profundas que, infiltram-se no solo até
atingirem uma camada menos permeável ou impermeável onde se acumulam e se deslocam,
no sentido horizontal, provocando arrastamento de partículas, deslizamentos e
desmoronamentos.
As voçorocas são, portanto, as feições erosivas que apresentam o mais avançado
estágio de erosão, caracterizando-se pelo avanço das ravinas em profundidade até que as
mesmas atinjam o nível d'água do terreno ou o lençol freático. Este conceito é adotado pelo
Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT, 1991), sendo o mesmo a ser utilizado neste
trabalho.
Entre os diversos pesquisadores, Guerra (2003) considera voçoroca como uma
incisão com largura maior que 30 cm e profundidade maior que 60 cm. O autor ainda reporta
a existência de uma classificação de ravinas e voçorocas, em relação às suas dimensões e
limites, presente no glossário de Ciência dos Solos, dos Estados Unidos de 1987. Segundo
este glossário americano, as voçorocas são classificadas como as feições erosivas que
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apresentam mais de 50 centímetros de largura e profundidade. Esta classificação é adotada
por diversos pesquisadores em seus trabalhos, dentre eles Camapum de Carvalho et al.
(2006a). Além destes critérios elencados, diferentes autores ainda classificam voçorocas,
mais usualmente, segundo: formato da seção transversal do canal formado, área de
abrangência, forma e localização (rural ou urbana). A evolução do processo erosivo que se dá
a partir de sulcos, ravinas e voçorocas pode ser visto na Figura 2.3.
(a) (b) (c)
Figura 2.3 – (a) Sulcos; (b) ravinas e (c) voçorocas no Loteamento Algarve em Porto
Alegre/RS (BASTOS, 1999).
2.2 Mecanismos dos processos erosivos
O processo erosivo é algo complexo e de difícil compreensão. Para que ocorra erosão
de uma determinada superfície, resultando em feições como ravinas e voçorocas, é
necessário que diversos fatores atuem conjuntamente e em diferentes escalas - espaciais e
temporais. Diversos autores, tais como Bertoni (1999) e Guerra (2007), denominam esse
conjunto de fatores de "mecanismos de erosão". Já outros pesquisadores, tais como Galeti
(1973) e Dal Conte (1982) denominam estes fatores de "fases da erosão".
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Independentemente da denominação - mecanismos ou fases - o processo erosivo,
basicamente, divide-se em três momentos: desagregação do solo, transporte e deposição do
material.
A desagregação das partículas do solo ou de rocha é a primeira etapa de um processo
erosivo. Esta fase, de acordo com Galeti (1973), trata-se de uma fase de choque, de impacto
independentemente da sua intensidade e agente, desde que seja capaz de desprender alguma
quantidade de material. O impacto referido, provocado geralmente pela gota d'água, causa
compactação da superfície do terreno no ponto em que a gota cai, projetando partículas de
solo para fora da zona de impacto e fornecendo, assim, material para que o escoamento
superficial possa carrear - erodindo a superfície desta maneira.
Conforme Bertoni e Lombardi Neto (1999), a natureza do solo (textura, estrutura, etc)
e a cobertura (quantidade e tipo) influem na intensidade da desagregação.
Concomitantemente, é preciso afirmar que o fator antrópico também exerce influência e,
dependendo das formas de uso e ocupação, há maior ou menor possibilidade de desagregação
das partículas de solo.
Em seguida, após esta etapa, entra em cena a segunda fase do processo erosivo que
corresponde ao transporte das partículas desagregadas, carreadas pelo fluxo d'água
superficial. Este processo de transporte é determinado e influenciado por diversos fatores
como, por exemplo: dimensão das partículas, topografia do terreno, presença de obstáculos
como vegetação e rochas e a força do agente (chuva).
Segundo Guerra (2007) o transporte pelo escoamento superficial pode ser
compreendido como o resultado de tensões cisalhantes que superam a resistência estática das
partículas individuais. O mesmo autor cita que a “rugosidade do terreno gera resistência de
atrito ao escoamento superficial, que promove a turbulência do fluxo”. Esta turbulência,
provocada pela chuva e pelas condições de fluxo, tem a capacidade de desprender e
transportar partículas de solo.
Sobre o transporte de partículas de solo, Galeti (1973) afirma que as partículas
menores, como argilas finas, são carregadas em solução; as partículas médias, como argilas
médias e areia fina, são levadas em suspensão, pois não se dissolvem na água; e as partículas
mais grossas, como areias grossas, cascalho, seixos e pedras, são empurradas/roladas pela
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enxurrada. Neste movimento do material maior e mais pesado, estas partículas tendem a
desagregar outros materiais presentes na superfície.
É importante perceber que a energia do escoamento superficial é tanto maior quanto
maior for o declive do terreno e o comprimento de rampa a ser percorrido pelo fluxo, fazendo
com que o a enxurrada tenha maior poder de desagregação e, principalmente, transporte.
Desta forma, o fluxo resultante em áreas de maior inclinação e comprimento de rampa tem
maior capacidade de formar sulcos e ravinas e, consequentemente, de causar maiores perdas
de solo do que em áreas menos inclinadas e nas quais o fluxo percorra menores distâncias.
Após o transporte das partículas de solo, ocorre a última etapa do processo erosivo: a
deposição dos materiais. Segundo os estudos de Bertoni e Lombardi Neto (1999) o
movimento das águas causa a separação das partículas do solo de acordo com o seu tamanho
e peso. Inicialmente, sedimentam aquelas de baixa transportabilidade e, por último, os
materiais mais leves, geralmente depositados em lugares distantes da desagregação, em
terrenos mais baixos e planos.
A deposição das partículas de solo é verificada no momento em que o agente erosivo
(fluxo superficial) perde sua força, com a diminuição da sua velocidade ou volume. Além
disso, o movimento pode cessar quando o fluxo encontrar um obstáculo que o faça mudar, ao
menos parcialmente de direção, ou então algo que lhe diminua a velocidade, lhe divida o
volume ou se coloque a frente do material transportado, retardando o movimento da partícula
ou parando-a forçosamente.
O processo de deposição de materiais é um grave problema, quando o mesmo ocorre
de forma desordenada e potencializada, gerando grande volume de sedimentação dentro de
rios, lagos e reservatórios - produzindo o assoreamento dos mesmos. São consequências
diretas disto a diminuição da profundidade dos corpos d'água, mudanças no curso dos rios e
enchentes nas partes baixas das cidades.
2.3 Fatores condicionantes dos processos erosivos
O processo erosivo possui diversos condicionantes, tornando-o, dessa forma, um
sistema complexo que pode ser de difícil entendimento, dependendo do grau de evolução que
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se apresenta. De acordo com Bertoni e Lombardi Neto (1999), a erosão é causada por fatores
ligados à chuva, à capacidade de infiltração do solo, características das encostas, que são
forças ativas; e por forças passivas, como a vegetação e a resistência do solo à ação erosiva,
que está determinada por suas características físicas e químicas.
Dentre os vários fatores que influem na erosão, autores como Galeti (1985), Bertoni e
Lombardi Neto (1985), Guerra e Mendonça (2004), entre outros, citam: o clima, o relevo, a
cobertura vegetal, a ação antrópica e natureza do solo.
Entretanto, de um modo geral, as pesquisas sobre erosão do solo consideram como
sendo os principais fatores controladores dos processos erosivos a erosividade da chuva, a
erodibilidade dos solos, o relevo e a cobertura vegetal (SILVA et al., 2003; GUERRA,
1998).
Essas diversas variáveis são significativas para compreender e predizer o
comportamento erosivo, porém não devem ser observadas de forma isolada. Isto ocorre, pois,
apesar de cada um destes fatores condicionantes impactarem sobre o processo erosivo, é, na
verdade, a inter-relação entre os diversos fatores que irá resultar na erosão e na magnitude da
mesma.
As condições climáticas são um dos fatores mais importantes no desenvolvimento de
um processo erosivo. Isto ocorre, pois o clima atua neste sentido controlando e influenciando
na desagregação das rochas e na posterior formação dos solos. Locais de climas úmidos,
tropical quente e temperado, com inverno seco e verão chuvoso, são mais propícios a serem
afetados pelos processos erosivos (FENDRICH et al., 1991).
Inserido dentro dos fatores climáticos, a precipitação pluviométrica é, certamente, o
condicionante de maior impacto sobre o desenvolvimento dos processos erosivos. Segundo
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. Ainda
segundo estes autores, chuvas de maior intensidade e com alta frequência possuem grande
energia cinética armazenada durante sua queda e um grande poder erosivo. Ou seja, chuvas
de maior intensidade, com longa duração e alta frequência causam enxurradas mais
volumosas, capazes de produzir maior perda de solo consequentemente.
19
Este poder erosivo da precipitação pluviométrica, caracterizado pelo potencial de
desagregação, transporte e deposição das partículas do solo pela ação da água da chuva é
denominado erosividade. A erosividade é considerada, segundo Lal e Elliot (1994, apud
CAMAPUM DE CARVALHO et al., 2006), como a habilidade dos agentes erosivos em
causar o processo erosivo. Segundo Bastos (1999), a ação erosiva da água – erosividade,
depende da distribuição pluviométrica (chuva acumulada e intensidade de chuva).
O relevo é mais um dos fatores de grande importância no desenvolvimento da erosão
dos solos. De acordo com a forma que um terreno se apresenta, o caminho a ser percorrido
pelo fluxo de água é diferente e, consequentemente, distinto o processo erosivo também é.
Dentre os aspectos relativos ao relevo, o comprimento de rampa, a declividade do terreno, o
tipo e forma da vertente, entre outros, são fatores que mais influenciam na questão da erosão.
De acordo com 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, cresce seu poder de destacamento e transporte das partículas de solo.
De igual forma, segundo autores como Galeti (1985), IPT (1991) e Oliveira e Brito
(1998), 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. Em consonância a isto, para Ayres (1960), a
topografia é um dos principais condicionantes da erosão, pois a declividade do terreno e o
comprimento de rampa são determinantes na direção e na velocidade do escoamento (Figura
2.4).
Figura 2.4 - Fluxo d’água de acordo com a declividade e rugosidade do terreno. Fonte: IPT (1999).
20
O comprimento de rampa é, conforme Bertoni e Lombardi Neto (1985), 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 relativos ao estudo
destes autores mostram que um terreno com 20 metros de comprimento e 20% de declividade
apresenta, praticamente, a mesma perda de solo que um terreno com 120 metros de
comprimento e apenas 1% de declividade.
Já Borst & Woodburn (1940, apud BERTONI e LOMBARDI NETO, 1985)
apresentam ainda, dados mostrando que a perda de solo é uma função exponencial da
declividade, cujo valor da exponencial é cerca de 1,4.
A cobertura vegetal do terreno é outro fator que influencia de forma importante no
processo erosivo. Este fator condiciona a erosão uma vez que amortece o impacto das gotas
de chuva, diminuindo o poder de desagregação e transporte das mesmas; diminui a
velocidade do fluxo d'água e facilita a infiltração de água no solo. Para Ayres (1960), a
cobertura vegetal é considerada importante, pois diz respeito à
permeabilidade/impermeabilidade do solo e das camadas adjacentes.
De acordo com Bertoni e Lombardi Neto (1985), o efeito da vegetação sobre a erosão
ocorre da seguinte maneira: proteção direta contra o impacto das gotas de chuva; dispersão
da água, interceptando-a e evaporando-a antes que atinja o solo, decomposição das raízes das
plantas que, formando canais no solo, aumentam a infiltração da água; melhoramento da
estrutura do solo pela adição de matéria orgânica e húmus (através da decomposição da
vegetação) aumentando sua porosidade e a capacidade de retenção de água; e diminuição da
velocidade de escoamento da enxurrada pelo aumento de atrito na superfície. Ainda segundo
estes mesmos autores, a retirada da cobertura vegetal pode acarretar em mudança no
escoamento superficial e/ou subterrâneo, contribuindo diretamente na evolução de um
processo erosivo.
Dentre os condicionantes da erosão dos solos, talvez o que tenha maior efeito sobre a
magnitude do desenvolvimento dos fenômenos trata-se da ação antrópica sobre o ambiente,
que consiste na ocupação humana dos terrenos, com suas formas de uso e manejo dos solos.
De acordo com autores como Galeti (1985), Fendrich et al. (1991), Nunes e Cassol
(2008), entre outros, em áreas rurais os solos são mais suscetíveis a erosão no momento em
21
que a cobertura vegetal é retirada e a agricultura é 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. Ou seja, a utilização desordenada
dos solos, sem planejamento e conhecimento, acelera e potencializa processos erosivos
transformando-os em grandes problemas ambientais quando não controlados.
Já em áreas urbanas, a aceleração dos processos erosivos pela ação antrópica decorre,
fundamentalmente, da utilização do espaço através de vários tipos de obras de engenharia.
São exemplos disso obras como: execução de loteamentos sem os devidos cuidados com
drenagem; exploração de áreas de empréstimo, com grande retirada de material sem cuidados
com a parte ambiental; obras de retificação de canais e rios; taludes de corte em rodovias e
barragens expostos e sem proteção adequada; entre outros.
Há, também, nesta gama de fatores que influenciam no fenômeno erosivo, um que é
inerente às características específicas de cada tipo de solo, que nada mais é que a natureza do
mesmo. Esta natureza do solo ou rocha determina a maior ou menor susceptibilidade dos
terrenos à erosão, propriedade esta conhecida como erodibilidade.
2.4 Erodibilidade dos solos: definições e seus metódos de avaliação e estimativa
A erodibilidade do solo é uma propriedade inerente aos mesmos, condicionante dos
processos erosivos e alvo de estudo principal deste trabalho. Consiste, conceitualmente, na
resistência ou fragilidade do solo em ser erodido, conforme Guerra (2007).
Para exemplificar melhor esta propriedade do solo, é possível citar a seguinte
sentença: mesmo que a declividade do terreno, a chuva atuante e a cobertura vegetal presente
sejam as mesmas, alguns tipos de solos serão mais susceptíveis aos fenômenos erosivos de
destacamento e transporte de partículas do que outros. E é essa diferença, intrínseca às
propriedades do solo, que é conhecida e denominada como erodibilidade dos solos. Esta
propriedade tem despertado um grande interesse na pesquisa da erosão, por ser governado
22
pelos atributos intrínsecos do solo, os quais podem variar de um solo para o outro, ou para o
mesmo solo (BASTOS, 1999; PANACHUKI et al., 2006).
De acordo com Silva et al. (2000), Santos e Merschmann (2001), entre outros autores,
a erosão hídrica deve ser estudada considerando-se a erodibilidade do solo, que representa o
efeito integrado dos processos que regulam a infiltração de água e a resistência do solo à
desagregação e transporte de partículas, ou seja sua predisposição a erosão. Portanto, a
erodibilidade pode ser definida como a maior ou menor facilidade com que as suas partículas
são destacadas e transportadas pela ação de um agente erosivo, sendo uma propriedade
complexa em função do grande número de fatores físicos, químicos, biológicos e mecânicos
intervenientes.
Além disso, é possível afirmar, segundo Vilar e Prandi (1993 apud CAMAPUM DE
CARVALHO et al., 2006), que a falta de capacidade de um solo em resistir aos processos
erosivos depende não só das características intrínsecas ao solo, mas também de fatores
subsidiários como ciclos de umedecimento e secagem, além da composição química da água
presente. Logo, devido a esta diversidade de fatores atuantes, a forma mais comumente
utilizada para análise da erodibilidade dos solos trata-se da avaliação das características
físicas e químicas do solo estudado, além da consideração de alguns condicionantes externos.
Para determinar quão erodível é um tipo de solo, ou seja, sua erodibilidade, 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).
Entretanto, segundo Camapum de Carvalho et al. (2006), 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 agricultura e, assim, consequentemente, sua
erodibilidade também muda ao longo do tempo.
Algumas destas propriedades dos solos que são condicionantes das erosões,
conforme Fendrich et al. (1991), são, por exemplo: textura, estrutura, estratificação,
permeabilidade, teor de umidade e composição. A textura de um solo ou suas características
granulométricas consistem na relação do tamanho das partículas de cada tipo de solo e tem
influência na capacidade de absorção e infiltração de água que os mesmos possuem.
23
Consequentemente, este fator interfere na energia dos fluxos de água que são maiores quando
há menor capacidade de infiltração em um solo.
De acordo com Bertoni e Lombardi Neto (1985) solos de caráter arenoso são mais
vulneráveis ao processo erosivo, mesmo sendo normalmente porosos, permitindo rápida
infiltração das águas e retardando o escoamento superficial. Para estes autores, os solos com
pouca porcentagem de partículas tamanho argila possuem baixa coesão, apresentando uma
menor resistência à erosão, sendo esta verificada mesmo em pequenas enxurradas. Além
disso, consideram de grande importância a quantidade de matéria orgânica (M.O) no solo
como controlador da erosão. Isto ocorre pois a matéria orgânica presente tem a capacidade de
reter de duas a três vezes o seu peso em água, aumentando consideravelmente a infiltração no
solo, diminuindo o fluxo superficial e, assim, diminuindo as perdas por erosão. Bigarella
(2003), entre outros autores, enumeram alguns fatores que atuam sobre o potencial de
infiltração dos solos, tais como: o tamanho dos poros e como os mesmos estão dispostos;
grau de agregação do solo e umidade do solo no início da chuva.
É possível esperar, em geral, uma maior velocidade e capacidade de infiltração de
água em solos arenosos devido aos grandes espaços porosos existentes nos mesmos,
diferentemente do que é visto em solos argilosos. Estes solos que possuem característica
argilosa contém, geralmente, material coloidal que tende a se expandir quando entram em
contato com a água, diminuindo os poros que serviriam para a infiltração de água. Entretanto,
é importante frisar que, dependendo da forma como as partículas de solo estão estruturadas,
solos argilosos podem se tornar altamente porosos e, até mesmo, mais permeáveis que alguns
solos arenosos. Em consonância a isto, o estudo Salomão e Iwasa (1995 apud INFANTI JR e
FORNASARI FILHO, 1998) afirma que a capacidade de infiltração, absorção da água da
chuva e arraste de partículas do solo estão relacionadas ao modo como suas partículas estão
arranjadas.
Além disso, segundo Fendrich et al. (1991), a espessura do solo e o contato com o
substrato rochoso interferem na rapidez da saturação do solo e no início do escoamento
superficial. Desta maneira, é possível perceber que solos rasos auxiliam na formação de
enxurradas, uma vez que permitem a saturação dos horizontes superficiais de forma mais
rápida. Já solos mais profundos tem uma maior capacidade de infiltração das águas advindas
da chuva e, portanto, geram volumes de fluxo superficial menores. Neste sentido, Bennett
24
(1955 apud FENDRICH et al., 1991) e Azevedo (2004) afirmam que os solos considerados
rasos e que possuem uma camada argilosa subjacente a ele, estão mais vulneráveis à erosão.
É importante perceber, também, que a erosão dos solos é influenciada pela litologia e
estruturas das rochas como a presença de estratificações, foliações, xistosidade e
gnassificação, como também por fatores tectônicos como falhas, dobras e juntas (SUGUIO,
2003).
Diante disso e da necessidade em poder mensurar quão erodível um certo tipo de solo
é, comparado a outro, diversos ensaios e metodologias foram propostas a partir dos anos 70
visando preencher esta lacuna no estudo da erosão e determinar valores para a erodibilidade
do solos, a maioria deles baseados no empirismo técnico.
Os métodos de avaliação da erodibilidade de um solo são classificados em indiretos e
diretos, e alguns destes são apresentados a seguir.
2.4.1 Ensaios de caracterização física
Os ensaios de caracterização física são fundamentais para análise de qualquer
propriedade do solo e fazem parte do dia a dia de um laboratório de geotecnia. Os mesmos
são necessários para o conhecimento do material que se está estudando e, geralmente, são os
primeiros ensaios a serem realizados. Logo, quando tratamos da avaliação da erodibilidade
dos solos, a situação não é diferente - os ensaios de caracterização física são de suma
importância. Entretanto, a inter-relação das propriedades analisadas através destes ensaios
com a erodibilidade é complexa, não sendo considerada simples e direta por alguns autores,
tais como Jacintho et al. (2006) e Bastos (1999).
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
sua erodibilidade, por exemplo. Bacellar et al. (2005), utilizaram ensaios granulométricos
com e sem uso de defloculante para caracterizar os processos erosivos encontrados na Bacia
hidrográfica Maracujá (MG).
25
Da mesma maneira, a análise simplista e direta também não é correta quando
tratamos da relação plasticidade do solo e sua erodibilidade. 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).
Já 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. Entretanto, esta relação não foi confirmada pelo
estudo de solos tropicais realizados por Fácio (1991). Para este autor, isto decorre da
influência que características estruturais e mineralógicas do solo tem sobre o comportamento
frente a erosão. Isto demonstra, novamente, que essas propriedades físicas não podem ser
analisadas isoladamente na avaliação do comportamento geomecânico dos solos.
De acordo com 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 macroporos interconectados. O autor faz, também, uma importante consideração que
revela que análises em termos de peso específico real dos grãos devem ser evitadas pelo fato
desta propriedade ser muito variavél no solos tropicais.
Já para Fácio (1991), a erodibilidade dos solos tende a ser inversamente proporcional
ao grau de saturação sem, no entanto, mostrar qualquer tendência com os demais parâmetros
geotécnicos estudados isoladamente. Cabe lembrar ainda, que a caracterização química,
mineralógica e microestrutural são de suma importância, para a avaliação da erodibilidade,
por ser uma propriedade do solo de grande complexidade devido aos inúmeros fatores
intervenientes.
26
2.4.2 Métodos indiretos de avaliação da Erodibilidade
2.4.2.1 Ensaio de desagregação
O ensaio de desagregação, também conhecido como slaking test, constitui um
simples ensaio na avaliação qualitativa do potencial a desagregação dos solos quando estes
são submetidos à imersão gradativa em água. Embora o caráter deste método seja qualitativo
e não quantitativo, devido à simplicidade, praticidade e a estreita relação com os fenômenos
associados aos processos naturais que o mesmo apresenta; o ensaio se destaca,
potencialmente e de modo eficaz, como uma prévia avaliação indireta da erodibilidade dos
solos. Aliado a isso, de acordo com Bastos et al. (1999) este ensaio é indicado como critério
preliminar na avaliação qualitativa da erodibilidade devido ao fato de ser um ensaio
considerado simples e de dar bons resultados, auxiliando no direcionamento de outros
ensaios de erosão.
Os ensaios de desagregação consistem na introdução de amostras de solo em uma
bandeja contendo água, observando-se, então, as reações das respectivas amostras ao
processo de submersão. Com o ensaio de desagregação, pode-se prever o comportamento do
solo quando inundado por água, o que possibilita a determinação da capacidade da água em
desagregar o mesmo (JACINTHO et al., 2006), conforme Figura 2.5.
Figura 2.5 – À esquerda esquema representando as etapas do ensaio de desagregação. À
direita, uma amostra pronta para o ensaio. Fonte: Tatto (2007)
27
Na descrição qualitativa da amostra, durante o ensaio, são observadas as seguintes
dinâmicas erosivas nas amostras: abatimento (slumping); fraturamento no topo; ruptura nas
bordas; velocidade de desagregação; grau de dispersão das partículas de solo; velocidade de
ascensão capilar; e inchamento.
O resultado deste ensaio, como foi enfatizado, é puramente qualitativo. A relação
entre o potencial de desagregação e a erodibilidade é evidente. Os solos considerados
altamente erodíveis desagregam totalmente em água. Entretanto, não é verificada uma
relação direta do potencial de desagregação com os níveis intermediários e baixos de
erodibilidade (BASTOS, 1999).
Santos (1997 apud BASTOS et al., 2000) ao ensaiar amostras de solo de voçorocas
no município de Goiânia, concluiu que a desagregação verificada nas amostras ocorreu pelo
processo de abatimento causado pela hidratação e desaeração geradas na fase de inundação
das amostras, sendo que o processo de saturação das amostras, anula a sucção matricial e
gera poropressão positiva capaz de desestruturar e desagregar o solo.
Já Lima (1999, apud JACINTHO et al., 2006) realizou ensaios de desagregação em
amostras de solo em erosões da cidade de Manaus, coletadas entre 5,0 e 8,5 m de
profundidade, sendo submersas totalmente durante sete dias, não mostrando nenhuma
desagregação, tendo como resultados a associação da estrutura geológica ao processo de
evolução da erosão.
2.4.2.2 Metodologia MCT
A metodologia MCT (Miniatura Compactada Tropical), desenvolvida por Nogami e
Villibor (1979), consiste em um conjunto de ensaios aplicados a solos que surgiram da
necessidade de se adaptar os sistemas tradicionais de classificação dos solos - desenvolvidos
em países de climas frios e temperados - para a realidade dos solos tropicais. Isto decorreu do
fato de que estes tradicionais métodos de classificação, quando aplicados em solos tropicais,
apresentavam discrepâncias de resultados em relação ao que era observado em campo.
28
Inicialmente utilizados para classificação geotécnica, estes ensaios serviram,
posteriormente, como base para que Nogami e Villibor direcionassem as pesquisas no campo
da erodibilidade dos solos, atribuindo diversos critérios de erodibilidade. Desta forma,
puderam cobrir lacunas deixadas pelas classificações geotécnicas tradicionais, e pela isolada
associação de Pedologia e Geologia, na previsão do comportamento dos solos tropicais frente
à erosão.
A avaliação da erodibilidade dos solos, por meio da metodologia MCT,
fundamenta-se em dois paramêtros retirados de dois ensaios específicos: um deles é o
coeficiente de sorção (s) advindo do ensaio de infiltrabilidade; o outro trata-se do coeficiente
(pi) obtido no ensaio de perda de massa por imersão modificado (ensaio de erodibilidade
específica), ensaio este, similar ao que foi estabelecido por Nogami e Villibor em sua
metodologia.
O ensaio de infiltrabilidade tem a finalidade de simular a infiltração de água no solo
através da ascensão capilar. Este ensaio é executado de forma a se buscar a reprodução de
uma condição natural de campo, submetendo uma amostra de solo indeformada à ação de
uma carga hidráulica gerada através de um menisco (Figura 2.6).
Figura 2.6 – Esquema do ensaio de Infiltrabilidade da metodologia MCT. Fonte: Tatto (2007).
29
Devido a esta carga hidráulica aplicada, ocorre a infiltração de água na amostra de
solo por ascensão capilar. No ensaio mede-se o deslocamento do menisco em relação ao
tempo em que a amostra é exposta à carga hidráulica, até que a estabilização do processo de
infiltração seja verificada. É geralmente utilizado uma relação quadrática para o tempo,
sendo as leituras realizadas em 1, 2, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64 minutos e assim sucessivamente.
Os dados obtidos neste ensaio são, então, inseridos em gráfico do qual retira-se o coeficiente
de sorção (s).
Já o ensaio de perda de massa por imersão modificado (ensaio de erodibilidade
específica) tem por objetivo a avaliação do comportamento do solo quando este é submetido
à inundação. O ensaio consiste na inundação de amostras indeformadas de solo, contidas em
anéis de amostragem. Estas amostras são confinadas em uma das faces do anel e na outra,
livre de confinamento, são submetidas à ação da água. Após o período de 20 horas de
inundação, o material erodido e retido é coletado para que, após a secagem deste, a
porcentagem da amostra de solo que foi erodida seja determinada (Figura 2.7). Esta
porcentagem de material erodido corresponde ao parâmetro retirado deste ensaio, o
parâmetro (pi).
Figura 2.7 – Esquema do ensaio de perda de massa por imersão modificada da metodologia
MCT.
Fonte: Tatto (2007)
30
A partir desses dois parâmetros, Nogami e Villibor atribuíram um critério para
determinação da erodibilidade dos solos. Através da divisão do valor referente ao parâmetro
(pi) pelo valor correspondente ao coeficiente de sorção (s) obtido, é possível classificar os
solos em relação ao seu grau de erodibilidade. Pela metodologia proposta, são considerados
solos erodíveis aqueles que apresentam a relação citada superior ao valor de 52. O mesmo
critério de classificação foi proposto de maneira gráfica por Nogami e Villibor (1995)
(Figura 2.6), sendo baseado em um número maior de ensaios. Para Pejon (1992 apud VILAR
e PRANDI, 1993) a relação entre pi e s deve ser superior ao valor 40, para que os solos sejam
classificados como erodíveis.
Os critérios de 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.
2.4.3 Ensaios de canais hidráulicos para avaliação da erodibilidade e seus parâmetros
Muitos autores, na busca da compreensão do processo erosivo, iniciaram pesquisas
voltadas à simulação de condições similares às encontradas em campo quando ocorre uma
precipitação e, consequentemente, o fluxo superficial de água. Os métodos que se baseiam
neste tipo de proposta – tentando recriar um processo erosivo artificialmente – são chamados
de diretos, diferentemente dos indiretos que correlacionam diversos parâmetros na tentativa
de estimar a erodibilidade de um solo. Neste sentido, diversas propostas surgiram para suprir
esta lacuna na pesquisa. Entretanto, recriar um processo erosivo em campo trata-se de um
processo muito complexo e dispendioso, necessitando sistemas de grande de escala tanto de
simulação de precipitação e fluxo como de coleta do material erodido. Sem contar na
necessidade de manutenção do conjunto todo.
Diante disso, diversos autores propuseram ensaios simplificados, passíveis de
aplicação em laboratório, com a possibilidade de trabalhar com menores amostras de solo –
facilitando todo o processo de análise. Estes ensaios, denominados de ensaios em canais
hidráulicos, consistem em rampas em que amostras de solo – de tamanhos variados a
31
depender da proposta de estudo e geralmente indeformadas – são submetidas a um fluxo de
água simulado de condições hidrodinâmicas controladas. Estes ensaios têm como vantagem,
além da facilidade na execução, a capacidade de reproduzir uma condição de fluxo próxima à
real observada na erosão de sulcos e ravinas. Entretanto, os principais problemas
relacionados aos canais hidráulicos são a diferença de rugosidade superficial entre a amostra
de solo e o leito do equipamento, a incerteza na estimativa da tensão cisalhante atuante e
imperfeições e má distribuição da umidade na superfície das amostras (Hollick, 1976).
Com o desenvolvimento das metodologias, o estudo da hidráulica de canais
contribuiu na busca de parâmetros que pudessem ser associados à quão erodível um solo é.
Os projetos de canais em materiais erodíveis eram originalmente baseados na velocidade de
fluxo (Bastos, 1999). Entretanto, tempos depois, os conceitos de tensão cisalhante hidráulica
e taxa de erodibilidade assumiram este posto e tem sido largamente empregados.
A tensão cisalhante hidráulica, de acordo com Bastos (1999) é definida como a tensão
cisalhante exercida pelo fluxo no contorno do canal, sendo a tensão cisalhante crítica a
máxima tensão que o solo pode sofrer sem haver movimento de partículas na superfície. Já a
taxa de erosão representa o gradiente da relação estabelecida entre a tensão cisalhante
aplicada no solo e a perda de solo medida. Trabalhando com estes parâmetros de análise,
diversas pesquisas focaram-se na formatação do aparelho e nas condições de ensaios
corretas. Uma das propostas mais reconhecidas, neste sentido, é o ensaio de Inderbitzen.
2.4.3.1 Método direto de avalição da erodibilidade - ensaio de Inderbitzen
O ensaio de Inderbitzen, também conhecido como erosômetro ou ainda ensaio de
erosão, é o mais utilizado dentre os ensaios em canais hidráulicos no meio geotécnico, sendo
estudado e aplicado por diversos pesquisadores como Fácio (1991), Bastos (1999), Freire
(2001), entre outros. Este ensaio é fundamentado em métodos empíricos e, apesar de não ser
normatizado, apresenta resultados satisfatórios na avaliação da erodibilidade dos solos. Além
disso, consiste em um ensaio de simples execução e baixo custo de implementação quando
comparado a outros ensaios do mesmo tipo, o que o torna alvo de várias pesquisas.
32
Inderbitzen (1961) apresentou, no seu estudo “An erosion test for soils”, a concepção
original de um método de ensaio para avaliação da erodibilidade do solo através do uso de
um canal hidráulico artificial. Inicialmente, o autor idealizou um equipamento que pudesse
monitorar o volume de perdas dos solos em decorrência dos processos erosivos gerados pela
água. Com isso, projetou um equipamento com a função de simular como uma amostra de
solo comporta-se, frente à erosão, quando é submetida a um fluxo de água superficial, em
condições próximas às encontradas em campo. No ensaio proposto projetou o equipamento,
também, de forma a possibilitar a verificação da influência de diversos fatores
condicionantes dos processos erosivos como a declividade de rampa, a compactação do solo
e vazão e duração do fluxo de água. Entretanto, o aparelho não tem a capacidade de simular o
efeito de desagregação das partículas do solo ocasionado pelo impacto das gotas de chuva em
uma precipitação. Em razão disso, o volume de solo erodido e coletado no ensaio é menor do
que é constatado em uma situação real.
Inicialmente utilizado no exterior, o ensaio foi introduzido pela primeira vez no
Brasil no período de 1975 a 1978, no qual foi adotado como ensaio geotécnico para avaliação
da erodibilidade dos solos na pesquisa “Estabilidade de Taludes”
(IPR/COPPE/TRAFECON). O equipamento utilizado, na época desta pesquisa, consistia em
uma adaptação daquele primeiro projetado por Inderbitzen no trabalho original. Depois desta
experiência com a metodologia, coordenada pelo Instituto de Pesquisas Rodoviárias (IPR), o
uso do ensaio somente ressurgiu com força no início da década de 90.
No Brasil, Rego (1978) foi um dos pioneiros na introdução do ensaio de Inderbitzen
no meio geotécnico, ao utilizá-lo no estudo da erosão superficial em taludes de solo residual
de gnaisse, no estado do Rio de Janeiro. É necessário, também, fazer o registro do importante
trabalho de Rodrigues (1982), autor este, que aplicou a metodologia de Inderbitzen na
pesquisa de algumas voçorocas da região Centro-Leste do Estado de São Paulo.
Com o aprofundamento teórico em relação aos estudos voltados para obtenção dos
índices de erodibilidade do solo conseguido via dados do ensaio Inderbitzen, houve a
necessidade de que se fizesse novas adaptações no sentido de melhorar a forma de
representação do fluxo laminar da água na superfície, e com isso possibilitar a representação
quantificada mais adequada da erodibilidade do solo através do ensaio Inderbitzen
(AGUIAR e ROMÃO, 2009). Diante disso, vários pesquisadores tais como Bastos (1999),
33
Fragassi (2001), Santos (2001), Ramidan (2003), entre outros, propuseram modificações no
ensaio visando obter resultados satisfatórios.
Fácio (1991), ao analisar comparativamente a erodibilidade em um perfil de solo ou
entre solos de comportamentos distintos quanto à erosão, propôs uma forma de padronização
do ensaio de Inderbitzen quanto aos parâmetros de declividade de rampa, vazão e duração
mínima do ensaio. Esta padronização proposta surgiu no seu estudo de solos do Distrito
Federal, no qual, ao adaptar o equipamento original, identificou e fixou como parâmetros
ideais de ensaio: inclinação de rampa de 10°, vazão de ensaio de 50 ml/s e tempo de ensaio de
20 minutos.
Ao estudar a evolução de processos erosivos em Goiânia, Santos (1998) também
apontou algumas alterações no ensaio a fim de melhorar os resultados obtidos. Baseado nas
condições propostas por Fácio (1991), o autor sugeriu a redução da largura de rampa do
equipamento e o aumento no tempo de ensaio que passou de 20 para 30 minutos. Estas
modificações foram efetuadas após o autor concluir que tais condições permitem que a
erosão ocorra gradativamente, facilitando a observação do processo erosivo –
independentemente do tipo de solo estudado.
Em outra região, Bastos (1999) utilizou os ensaios de Inderbitzen no estudo de solos
residuais da região metropolitana de Porto Alegre, obtendo uma boa resposta na estimativa
do fator de erodibilidade (K) em amostras de diferentes condições de umidade. Neste
trabalho, o autor trabalhou com duas condições de vazão e várias inclinações de rampa,
concluindo que o método se mostrava bastante promissor na avaliação da erodibilidade dos
solos. Bastos (1999), então, desenvolveu um novo equipamento para realização do ensaio de
Inderbitzen.
O novo dispositivo consiste em uma rampa hidráulica produzida em chapa metálica e
modificada para as dimensões de 25 centímetros de largura e 60 centímetros de
comprimento. A rampa citada é dotada de um orifício central de 10 centímetros de diâmetro,
projetado para que amostras indeformadas de solos sejam acopladas no mesmo, de maneira a
sofrer a ação do fluxo de água que escoa pela rampa. O autor utilizou-se de amostras
indeformadas - que mantém a estrutura original do solo - de altura 5 centímetros e diâmetro
de 9,76 cm, ensaiando-as em três condições de umidade diferentes: umidade natural, seca ao
ar e pré-umedecida. Além disso, o equipamento elaborado por Bastos (1999) permite a
34
verificação do comportamento erosivo diante da variação na declividade da rampa. Isto é
conseguido através de ajustagem na base da rampa que possibilita ensaios com inclinações de
10°, 26°, 45° e 54°. Segundo a proposta do autor, também, são utilizadas vazões de
escoamento de 3 l/min e 6 l/min – simulando escoamentos provocados por precipitações de
menor e maior volume, respectivamente - e um tempo total de ensaio de 20 minutos,
considerado suficiente para obtenção de resultados satisfatórios (Figura 2.8).
Já Lima (1999) utilizou as condições propostas por Santos (1997) – inclinação de
rampa de 10°, vazão de 50 ml/s e tempo de ensaio de 30 minutos – em amostras com duas
condições de umidade diferentes: natural e saturada. As amostras saturadas eram obtidas
através do reaproveitamento das que haviam sido ensaiadas na condição natural.
Outro autor a utilizar-se das condições sugeridas por Santos (1997), Motta (2001)
modificou somente os parâmetros referente às vazões e às inclinações utilizadas. O autor
utilizou intervalos de vazão compreendidos entre 25 ml/s e 75 ml/s e declividades de 5° a
40°. Estas mudanças foram propostas visando observar uma variação da velocidade de
escoamento da água no ensaio. Esta particularidade, assim como outras adotas por este autor,
seguiram orientações do trabalho de Fácio (1991).
Figura 2.8 - Esquema do equipamento de Inderbitzen do LMS/UFRGS (BASTOS, 1999).
35
Alguns outros autores propuseram mudanças ainda mais significativas ao aparelho
Inderbitzen na tentativa de simular o efeito da precipitação sobre as amostras de solo. Freire
(2001) expôs as amostras de solo ao efeito dos fenômenos de desagregação seguido do
escoamento superficial, resultando no novo ensaio “GES” – Grau de Erodibilidade do Solo.
O equipamento utilizado pelo autor consiste em duas linhas de chuveiramento através de
tubos perfurados, dispostos a uma altura de 0,20 m, com sua pressão controlada por
manômetros.
Motta (2001) também fez parte dos pesquisadores que trabalharam na tentativa de
simular o efeito causado pela chuva no processo erosivo ao seguir as orientações de
Inderbitzen (1961). Neste estudo específico, este se utilizou do aparelho de Inderbitzen, no
qual acoplou um chuveiro a uma altura de 38 centímetros acima do local da amostra. Desta
forma, aplicava uma precipitação simulada sobre o solo estudado (Figura 2.9). Além disso,
fixou 20 minutos como tempo de ensaio e 10° como inclinação de rampa utilizadas.
Diferentemente de outros estudos, neste o escoamento superficial característico do ensaio de
Inderbitzen não foi utilizado, somente observando o efeito produzido pela precipitação
artificial. A intensidade da chuva simulada foi controlada através de medidas de volumes
pela unidade de tempo, antes do início dos ensaios. Os resultados oriundos dos ensaios de
precipitação obtidos pelo autor para as amostras de solos estudadas mostraram,
comparativamente, perdas de quatro a sete vezes menores do que as observadas nos ensaios
tradicionais de Inderbitzen para as mesmas amostras. Apesar do efeito de destacamento
produzido pelas gotas de chuva ser menor do que o do escoamento superficial produzido no
ensaio tradicional, é possível perceber que a influência do efeito splash pode ser, também,
significativa.
Diante de todas as modificações propostas e resultados obtidos através do ensaio de
Inderbitzen, Fácio (1991) constatou certas tendências de comportamento gerais:
A perda de solo aumenta com a diminuição do grau de saturação inicial da
amostra;
A perda de solo aumenta com o aumento da vazão;
A perda de solo aumenta com o aumento da declividade de rampa;
36
A perda de solo é maior nos primeiros 5 minutos de ensaio, como pode ser
verificado nos resultados apresentados pelo Instituto de Pesquisas
Rodoviárias - IPR (1979).
Figura 2.9 – Sistema de simulação de chuva acoplado ao aparelho de Inderbitzen.
Fonte: Motta (2001)
Neste capítulo foi apresentado um conjunto de conceitos sobre a temática erosão,
suas diversas formas e condicionantes, visando fomentar a realização desta pesquisa. Diante
disso, foi possível conhecer as fases do desenvolvimento de um processo erosivo, discutir a
dinâmica envolvida na erosão de um solo e elencar alguns dos ensaios mais utilizados no
meio geotécnico para determinação da erodibilidade dos solos, fixando maior atenção ao
ensaio de Inderbitzen – principal alvo deste presente trabalho.
37
3 METODOLOGIA
Nesta seção é apresentada a metodologia aplicada a este trabalho que divide-se em
três etapas denominadas: etapa de gabinete, etapa de campo e etapa de laboratório.
3.1 Etapa de gabinete
Esta etapa consistiu, inicialmente, no aprofundamento do conhecimento sobre os
processos erosivos e sobre os diversos fatores intervenientes dos mesmos, relacionados -
fundamentalmente - às áreas da geologia, geotecnia e hidráulica. Este processo foi realizado
através de pesquisa bibliográfica em livros, artigos, publicações em congresso e simpósios,
teses, monografias e dissertações que tratam sobre o assunto estudado. Procedeu-se com uma
revisão bibliográfica abrangente sobre tópicos tais como conceitos dos processos erosivos,
suas dinâmicas, classificações, mecanismos, feições e seus fatores de influência.
Conjuntamente, assuntos como métodos - diretos e indiretos - mais utilizados no meio
geotécnico para a determinação da erodibilidade dos solos foram pesquisados e apresentados
neste trabalho, com especial foco para o ensaio de Inderbitzen - principal tema do estudo.
3.2 Etapa de campo
Após o período relativo ao estudo da bibliografia, com a compreensão dos conceitos e
metodologias existentes, procedeu-se a etapa de campo, visando a coleta de material para a
execução de ensaios comparativos. Nesta etapa de campo, foram coletadas amostras
deformadas, que são destituídas da sua estrutura de origem, e amostras indeformadas – que
conservam as condições de campo quanto à estrutura. Após isso, estas amostras foram
submetidas aos respectivos ensaios geotécnicos de caracterização e estimativa da
38
erodibilidade. O autor participou como bolsista de iniciação científica do Programa
Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PROBIC) destas etapas, nas pesquisas de
Basso (2013), Pittelkow (2013), Santos(2014), Moraes (2015), Posser (2015)
Além disso, um resumo com os resultados referentes aos estudos de Bastos (1999),
Fernandes (2011), Basso (2013) foi elaborado, a fim de embasar este presente trabalho
através de análise comparativa.
As amostras deformadas foram coletadas visando à execução de ensaios de análise
granulométrica e de determinação de índices físicos. Já as amostras indeformadas coletadas
destinaram-se à realização do ensaio de determinação da erodibilidade dos solos - ensaio de
Inderbitzen, proposto por Inderbitzen (1961). Para a realização do ensaio de Inderbitzen,
foram utilizados anéis em PVC marrom com diâmetro de 10 cm e altura de 5 cm para a coleta
das amostras (Figura 3.1). As amostras indeformadas coletadas foram cuidadosamente
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 3.2).
(a) (b)
Figura 3.1 – (a) Realização da coleta de amostras; (b) amostra indeformada envolvida pelo
anel de PVC.
39
(a) (b)
Figura 3.2 – (a) Amostras retiradas devidamente acondicionadas; (b) amostra protegida por
camada de parafina e verificação da dimensão do anel amostrador.
3.3 Etapa de laboratório
Nesta etapa, de posse das amostras de solo coletadas, foram realizados os ensaios de
caracterização geotécnica dos materiais e o ensaio de Inderbitzen como método de avaliação
da erodibilidade das camadas de solos e rochas estudadas neste trabalho.
3.3.1 Ensaios de caracterização geotécnica dos solos
Com o objetivo de caracterizar geotecnicamente os materiais estudados, foram
efetuados diversos ensaios base como: análise granulométrica e de determinação de índices
físicos, tais como: teor de umidade natural (ω), grau de saturação (S), porosidade (η), índice
de vazios (e); massa específica aparente natural (γ), massa específica real dos grãos (γs),
massa específica aparente seca ( ); e os limites de Atterberg: limite de liquidez (wl), limite
de plasticidade (wp) e índice de plasticidade (I.P.).
40
A análise granulométrica por peneiramento e sedimentação foi realizada com base na
norma ABNT NBR 7181/84 (Solo – Análise granulométrica), sendo classificada através da
escala ABNT NBR 6502/95 (Rochas e Solos).
Já os ensaios de limites de Atterberg: limite de liquidez e limite de plasticidade foram
realizados de acordo com a norma ABNT NBR 6459/84 (Solo – Determinação do limite de
liquidez) e a norma NBR 7180/84 (Solo – Determinação do limite de plasticidade),
respectivamente.
O peso específico real dos grãos, por sua vez, foi determinado com base na norma
ABNT NBR6508/84 (Grãos de solo que passam pela peneira de 4,8 mm – Determinação da
massa específica) através do método do picnômetro.
3.3.2 Ensaio para avaliação e quantificação da erodibilidade – ensaio de Inderbitzen
Este trabalho, para execução do ensaio de Inderbitzen, utilizou equipamento similar
ao utilizado por Bastos (1999) em sua pesquisa. Trata-se de um equipamento, construído no
LMS/UFRGS, que compreende uma rampa hidráulica produzida em chapa metálica com as
seguintes dimensões: 25 cm de largura e 60 cm de comprimento. A simulação do escoamento
superficial é feita sobre essa rampa, permitindo observar e comparar o processo erosivo em
uma amostra de solo (Lemos, 2007).
Esta rampa é dotada de um orifício central, de 10 cm de diâmetro, no qual é acoplada
uma amostra indeformada de solo confinando em um anel de PVC biselado. Os anéis de
amostragem em PVC, para este ensaio, tem 10 cm de diâmetro e 5 cm de altura e são
posicionados no orifício de maneira que a face superior da amostra coincida com o plano da
rampa. Esta acoplagem permite que o escoamento laminar entre em contato com o solo
amostrado. Outra característica da rampa hidráulica metálica é o fato de ela ser articulada
permitindo ensaiar amostras em inclinações variáveis de 0°, 26°, 45° e 54°. Segundo Bastos
(1999) estas inclinações escolhidas procuram simular as declividades e inclinações de
taludes envolvidos nas áreas teste (Figura 3.3).
41
O fluxo de água a ser simulado é alimentado diretamente da rede hidráulica e o
controle da abertura do fluxo e a medida de vazão são realizados, respectivamente, por um
registro e um rotâmetro - estes instalados junto ao ponto de alimentação de água (Figura 3.3).
Através da calibragem do rotâmetro, é possível trabalhar com a simulação de diferentes
vazões através do canal artificial, traçando paralelos com situações de campo. Neste trabalho,
assim como na proposta de Bastos (1999), foram utilizadas duas vazões diferentes nos
ensaios: 3 l/min e 6 l/min. As vazões foram definidas de acordo com a capacidade de
escoamento da rampa e pela sensibilidade dos valores de perda de solo medidos.
Figura 3.3 – Equipamento de Inderbitzen utilizado.
Fonte: Tatto (2007).
Como citado acima, as amostras de solo utilizadas no ensaio de Inderbitzen são
indeformadas, de modo a preservar a estrutura e as características originais do solo. Além
disso, os ensaios são procedidos com amostras em três condições de umidade diferentes:
umidade natural, seca ao ar e pré-umedecida. As amostras, no estado natural de umidade, são
conservadas de maneira a apresentarem, na data do ensaio, as mesmas características de
umidade da data em que foram coletadas. Isto é conseguido através de um invólucro
42
constituído por uma camada de parafina aplicada nas faces de solo exposto da amostra e por
uma proteção plástica que envolve a amostra após a mesma ser parafinada. Já para a condição
seca, a proteção de parafina das amostras é retirada e as mesmas ficam expostas ao ambiente,
secando ao ar, por no mínimo 72 horas antes de serem utilizadas no ensaio. Na condição
pré-umedecida, as amostras são, também, retiradas do invólucro protetor e repousam, por no
mínimo 24 horas, sobre uma pedra porosa que por sua vez é assentada sobre uma lâmina
d’água – de forma a saturar a amostra por capilaridade.
O sistema de coleta e de seleção do material erodido é constituído por baldes plásticos
de 60 litros, estes posicionados na extremidade final da rampa para receber o fluxo de água
contendo sedimentos. Para a seleção do material, é utilizado um conjunto de peneiras em que
o conteúdo dos baldes é despejado, cuidadosamente, para posterior pesagem do que foi
retido. Fazem parte deste conjunto peneiras de malhas 4,8 mm (peneira #4); 2,0 mm (peneira
#10); 0,42 mm (peneira #40) e, por fim, 0,074 mm (peneira #200). Os procedimentos
realizados no ensaio são, passo a passo, descritos abaixo:
(1) As amostras indeformadas de solo são cuidadosamente manipuladas para
manutenção da estrutura original, sendo – primeiramente – retirada a camada de parafina
protetora. Após isso, as amostras são rasadas nivelando-as com o plano formado pela face do
anel e, então, são pesadas para a caracterização física (Figura 3.4). Quando as amostras são
utilizadas na condição de umidade natural, este processo é efetuado no mesmo dia do ensaio.
Já quando se ensaia o solo na condição seca ao ar, o processo descrito é efetuado 72 horas
antes do ensaio propriamente dito, deixando a amostra atingir a condição pré-estipulada. Da
mesma forma, para a condição pré-umedecida, a amostra é preparada 24 horas antes da
execução do ensaio, porém saturando-a como é descrito neste trabalho.
(2) A vazão hidráulica é, então, aferida através da aplicação de um fluxo prévio sobre
a rampa e observação do rotâmetro instalado. Este fluxo tem, também, a função de umedecer
a rampa, de modo a diminuir a resistência na camada laminar de água durante o ensaio.
(3) O anel contendo a amostra de solo devidamente preparada é fixada no orifício
central da rampa metálica, observando e garantindo o nivelamento da face superior do anel
com o plano da rampa.
43
(4) O ensaio é iniciado liberando o fluxo de água que segue através da rampa
metálica, erodindo o solo da amostra – mais ou menos a depender do tipo de solo – e
carreando-o ao longo da rampa metálica, até ser depositado em um balde colocado abaixo da
extremidade da mesma. O material erodido é coletado por baldes distintos que são
substituídos quando o tempo de ensaio chega a 1, 5, 10 e 20 minutos, respectivamente. Após
a finalização do fluxo, aos 20 minutos, o material coletado nos baldes é passado pelo
conjunto de peneiras do ensaio, para determinação do material retido (Figura 3.5).
(5) O material retido em cada uma das peneiras utilizadas é, então, recolhido e
colocado em cápsulas numeradas individuais e levado à estufa para obtenção de seu peso
seco. Da mesma maneira, o solo remanescente no anel amostrador é retirado deste e colocado
em cápsula adequada para determinação do peso seco correspondente.
(6) Já o material passante na peneira de malha 0,074 mm (peneira #200) é medido de
forma indireta, a partir de uma amostra representativa da mistura de água com finos. Isto é
obtido, através da homogeneização da mistura contida no balde e coleta de uma amostra
através de um recipiente adequado que é, também, levado à estufa para determinação do peso
seco dos sedimentos.
(a) (b)
Figura 3.4 – (a) Amostra sendo rasada e preparada para o ensaio; (b) ensaio em execução,
com o material erodido sendo coletado.
44
(a) (b)
Figura 3.5 – (a) Material coletado passando pelo conjunto de peneiras; e (b) exemplo de
amostra ao final do ensaio. Fonte: Fernandes (2011).
Os resultados obtidos através do ensaio são, então, plotados em um gráfico que
representa a relação entre a perda de solo acumulado por unidade de área da amostra (g/cm²)
e o tempo total de ensaio (minutos) (Figura 3.6).
Figura 3.6 – Curva típica da perda acumulada de solo por área de amostra versus tempo para
o ensaio Inderbitzen. Fonte: adaptado de Bastos (1999).
Após isso, utilizando os dados referentes à perda de solo em g/cm²/min do
procedimento anterior, os mesmos são plotados juntamente com a tensão hidráulica atuante
no escoamento τh (Pa), sendo esta estimada por Bastos (1999) através da Equação 1:
45
τ h = γ. h. d (1)
Onde:
γ = peso específico da água (N/cm³)
h = altura da lâmina d’água de fluxo (cm)
d = declividade da rampa.
A altura da lâmina d’água (h) que atua sobre a amostra foi estimada, segundo Bastos
(1999), a partir dos valores da velocidade de escoamento (medida pela técnica do corante), da
vazão e da largura da rampa através da Equação 2:
h = Lv
Q
. (2)
Onde:
Q = vazão do fluxo (cm³/s)
v = velocidade do escoamento (cm/s)
L = largura da rampa (cm).
Os valores de velocidade de escoamento (v), altura da lâmina d’água (h) e tensão
cisalhante hidráulica (τh) para combinações de vazão (Q) e inclinação de rampa (i) são
apresentados na Tabela 3.1, conforme Bastos (1999).
Tabela 3.1 – Valores de velocidade de escoamento (v), altura da lâmina d’água (h) e tensão
cisalhante hidráulica (τh) para combinações de vazão (Q) e inclinação de rampa (i).
i 10º 26º 45º 54º
Q (l/min) 3 6 3 6 3 6 3 6
v (cm/s) 31,03 50,64 57,05 96,65 77,36 145,86 83,50 169,97
h (cm) 0,064 0,079 0,035 0,041 0,026 0,027 0,024 0,024
τh (Pa) 1,136 1,393 1,710 2,018 2,585 2,742 3,297 3,239
Fonte: Bastos (1999)
46
O gráfico formado pelos dados da tensão hidráulica atuante τh e a perda de solo
(g/cm²/min) resulta no ajuste de uma reta, da qual são retirados dois parâmetros fundamentais
da metodologia (Figura 3.7). Um destes trata-se na taxa de erodibilidade K (g/cm²/min/Pa)
que, conceitualmente, consiste no gradiente da perda de solo em relação às tensões
hidráulicas aplicadas. O outro parâmetro obtido é a tensão cisalhante hidráulica crítica - τh
crit (Pa) – que representa a mínima tensão hidráulica, ocasionada pela lâmina d’água sobre o
solo, a partir da qual o processo de perda de solo se inicia.
Figura 3.7 – Ajuste da reta na qual são estimadas a taxa de erodibilidade (k) e a tensão
cisalhante hidráulica crítica (hcrí). Fonte: Bastos (1999).
Bastos (1999), em sua pesquisa, levanta uma questão muito pertinente sobre qual o
tempo é o mais adequado para execução do ensaio, assumido para o cálculo das taxas de
erosão. Uma curva típica de perda de solo por unidade de área versus tempo de ensaio é
mostrada na Figura 3.6. É possível observar nesta ilustração que, a estabilização da perda de
solo ocorre por volta dos 10 min de ensaio. Se, por ventura, fosse utilizado um valor muito
pequeno como tempo de ensaio (por exemplo: 1 min), o efeito do impacto da primeira onda
de fluxo seria o fator mais importante nos resultados e a tendência seria superestimar a
erodibilidade do solo em questão. Já, por outro lado, segundo Bastos (1999) o emprego de
um tempo muito longo para cálculo das taxas de erosão, amostras de solos muito erodíveis
descaracterizam-se durante o ensaio e tem seus resultados afetados pela substancial alteração
47
na regularidade do fluxo superficial sobre a amostra. Diante disso, 10 min foi o tempo padrão
adotado para o cálculo das taxas de erosão dos solos, visando obter a melhor caracterização
do processo erosivo.
Os valores de taxa de erodibilidade K resultantes permitem avaliação comparativa
dos solos estudados quanto à susceptibilidade à erosão. Já os valores de tensão hidráulica
crítica são, também, representativos, porém Bastos (1999) faz um alerta ao afirmar que as
simplificações na estimativa das tensões hidráulicas através de cálculos ocasiona maior
dispersão nos resultados deste parâmetro. É devido a isto, segundo o autor, que em várias
amostras o intercepto da reta ajustada com o eixo das tensões resulta negativo e,
consequentemente, é considerado como indeterminado. Esta indeterminação é, assim,
denominada uma vez que um valor negativo de tensão hidráulica é uma incoerência física:
significaria dizer que o solo começa a erodir antes mesmo de ser aplicada qualquer tensão
hidráulica sobre o mesmo.
48
4 ÁREAS DE ESTUDO
As áreas selecionadas para este estudo estão localizadas em três regiões distintas do
estado do Rio Grande do Sul: região metropolitana de Porto Alegre/RS; município de São
Francisco de Assis/RS, na região oeste do estado; e município de Santa Maria/RS, na região
central. Os dados dos perfis da Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA) foram
extraídos de Bastos (1999), que estudou quatro localidades: i) o Loteamento Algarve, ii) uma
área de empréstimo na RS239, iii) o Loteamento Parque do Trabalhador; iv) e o Morro do
Osso/Cidade de Deus. Já Basso (2013) pesquisou a região oeste do RS, mais precisamente
uma voçoroca na cidade de São Francisco de Assis. No munícipio de Santa Maria/RS foram
amostrados dois locais distintos: um consiste em uma voçoroca no distrito de São Valentim –
com resultados extraídos de Fernandes (2011), e um talude de um corte de estrada, localizado
dentro do campus da UFSM. O autor participou como bolsista de iniciação científica em
diversos trabalhos, e neste específico participou na amostragem e realização de ensaios de
laboratório do ponto localizado dentro da Universidade Federal de Santa Maria.
4.1 Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA)
Segundo Bastos (1999) a RMPA apresenta crescente expansão urbana e
aprimoramento da sua malha viária. Entretanto, mostra através de sensíveis agressões ao
meio ambiente, as consequências das ocupações urbanas e das obras viárias sem critérios
técnicos frente à erosão.
Dianto disso, Bastos e Dias (1995), em seus estudos, efetuaram a análise e descrição
dos fenômenos erosivos observados em alguns locais na Região Metropolitana de Porto
Alegre. Tudo isto sob a ótica geotécnica. A partir dos trabalhos de mapeamento geotécnico,
de anos anteriores, do município de Porto Alegre (Bastos, 1991) e do mapeamento
geotécnico da RMPA (Dias, 1992), Bastos (1999) selecionou quatro perfis de solos com a
intenção de abranger os materiais de maior representatividade na região, assim como os mais
49
importantes processos erosivos presentes na RMPA. Abaixo são descritos e detalhados estes
quatro perfis de solo escolhidos.
- Loteamento Algarve (ALG)
O Loteamento Algarve, localizado no município de Alvorada/RS, constitui uma
grande área que foi destinada à ocupação urbana, na qual o investimento foi abandonado e
obras de infraestrutura foram interrompidas. Diversas intervenções, tais como decapeamento
do solo superficial nos lotes, abertura de ruas e implantação de redes de água e esgoto,
originaram concentração de fluxo superficial e exposição dos horizontes, resultando em
processos erosivos bem acentuados. Após levantamento de campo, Bastos (1999) escolheu o
local pelo fato do mesmo ser representativo de processos erosivos em loteamentos
implantados em terrenos ondulados e fortemente ondulados, com ocorrência de ravinas e
voçorocas.
A seleção do perfil de solo representativo da área ocorreu a partir de uma área do
terreno que permaneceu intacto frente às obras implementadas, mantendo, assim, as
características originais do solo local. Este perfil típico do loteamento receberá a
denominação de ALG neste trabalho, para melhor identificação (Figura 4.1).
Figura 4.1 – Área do loteamento Algarve. Fonte: Bastos (1999).
50
Diante disso, ao analisar o perfil típico do local, Bastos (1999) selecionou, para o
estudo da erodibilidade dos solos, os dois horizontes mais representativos da área e que
apresentam comportamento distinto frente ao processo erosivo: o primeiro trata-se do
horizonte B (ALG-B), considerado resistente à erosão; já o segundo escolhido consiste no
horizonte C (ALG-C) que foi verificado e considerado como altamente erodível (Figura 4.2 a
e b).
(a) (b)
Figura 4.2 – (a) Horizonte B do ALG (ALG-B); (b) horizonte C do perfil ALG (ALG-C). Fonte: Bastos (1999).
- Área de empréstimo na RS239 (RS 239)
Esta área de empréstimo, localizada próxima à divisa dos municípios de Campo
Bom/RS e Novo Hamburgo/RS, no km 5 da rodovia RS 239 (que liga Estância Velha/RS à
cidade de Taquara), consiste em um local que apresenta feições erosivas importantes, ao
longo dos taludes da rodovia, como ravinamentos e buracos devido a erosões por processo de
piping. Em decorrência disto, grande volume de solo é erodido e conduzido à margem da
rodovia, sendo acumulando nos sistemas de drenagem.
A área de empréstimo apresenta um perfil típico de solo, o qual é originário da
alteração de rocha do Arenito Botucatú. Diversas intervenções foram realizadas na área e,
dentre elas, a remoção dos horizontes superficial e subsuperficial tratou de expor um
horizonte de origem saprolítica susceptível à erosão. É neste horizonte que se nota facilmente
51
a presença de ravinamentos que são controlados, em parte, pela estratificação natural do
arenito em questão (Figura 4.3).
Figura 4.3 – Área de empréstimo às margens da RS-239. Fonte: Bastos (1999).
Diante deste processo, Bastos (1999) selecionou, novamente, dois horizontes de
grande representatividade e comportamentos distintos entre si para seu estudo de
erodibilidade dos solos. Foram escolhidos: o horizonte B/C - denominado (RS 239 - BC) -
mais resistente à erosão; e o horizonte C (RS 239 - C) de comportamento menos estável
frente ao processo erosivo. Ambos os materiais foram amostrados em taludes adjacentes a
área de extração de solo (Figura 4.4).
(a) (b)
Figura 4.4 – (a) Horizonte B/C (RS239-BC); (b) horizonte C amostrado (RS239-C). Fonte:
Bastos (1999).
52
- Loteamento Parque do Trabalhador (PT)
O Loteamento Parque do Trabalhador trata-se de outra grande área destinada à
ocupação urbana e que foi sujeita a processos erosivos. Localizado no bairro Rincão, na
cidade de Novo Hamburgo/RS, esta área apresenta um terreno fortemente ondulado, no qual
se desenvolveram feições como ravinas e voçorocas. O local apresenta perfis de solos
provenientes do intemperismo do Arenito Botucatú (Figura 4.5).
Figura 4.5 – Loteamento Parque do Trabalhador. Fonte: Bastos (1999).
Mais especificamente, em uma porção do terreno, localizada ao longo da rua Ceará,
há a ocorrência de uma voçoroca que invade os lotes adjacentes. Esta mesma, de acordo com
Bastos (1999), tem recebido irregularmente “aterros” com lixo industrial calçadista. Junto a
esta voçoroca, ergue-se um perfil de solos - fortemente intemperizado - que se eleva a,
aproximadamente, 5 metros de altura.
No estudo deste pefil, então, Bastos (1999) amostrou dois horizontes representativos
da área e de comportamento contrastante, novamente. O primeiro destes trata-se do horizonte
B (PT-B), cujo comportamento em campo se mostrou mais resistente à erosão; já o segundo
consiste no horizonte saprolítico C (PT-C), mais susceptível ao processo erosivo, que se
torna mais acelerado e profundo neste solo (Figura 4.6).
53
(a) (b)
Figura 4.6 – (a) Horizonte B do perfil PT (PT-B); (b) horizonte C amostrado (PT-C). Fonte: Bastos (1999).
- Morro do Osso/Cidade de Deus (CD)
O Morro do Osso, localizado na zona sul da cidade de Porto Alegre/RS e próximo às
margens do lago Guaíba, trata-se de uma das áreas de preservação ambiental presentes na
capital gaúcha. Dentro desta área, na sua porção leste, há diversos assentamentos populares
instalados e, ainda, uma saibreira desativada. Fruto desta atividade extrativa, foi procedida a
retirada dos solos superficiais, resultando na exposição dos solos subjacentes ao
intemperismo e, consequentemente, em processos erosivos acentuados no local.
Diante disso, Bastos (1999) selecionou um dos taludes da saibreira, próximo a um
incipiente processo de voçorocamento e com aproximadamente 5 metros de altura, para local
de amostragem de dois horizontes de solo distintos. Um destes trata-se de um raso horizonte
B (CD-B), de coloração avermelhada e formado por minerais primários intemperizáveis; o
outro consiste em um horizonte C (CD-C), sendo um típico solo saprolítico arenoso oriundo
do intemperismo de rocha granítica. Uma imagem deste perfil, com os respectivos horizontes
constituintes é vista na Figura 4.7.
54
Figura 4.7 - Perfil CD. Fonte: Bastos (1999).
4.2 Voçoroca em São Francisco de Assis/RS (SF)
Na região oeste do Rio Grande do Sul, no limite dos municípios de São Francisco de
Assis e Manoel Viana, são encontradas diversas feições erosivas em vários graus de
desenvolvimento, tais como: sulcos, ravinas, voçorocas e areais. Dentre estes inúmeros
processos que ocorrem na região, há uma voçoroca de processo muito avançado de erosão,
escolhida para estudo de Tatto (2007) e Basso (2013). Esta voçoroca se encontra num trecho
central da RS 377, entre as cidades de Manoel Viana e aproximadamente a 22 km de São
Francisco de Assis, situada na Fazenda Taquari. O local foi alvo de estudo em virtude de ser
um local de fácil acesso, às margens da rodovia estadual, além do fato de apresentar as mais
diversas feições erosivas no seu interior (Figura 4.8).
55
Figura 4.8 – Vista da voçoroca de São Francisco de Assis. Fonte: Basso (2013)
Diante disso, dando continuidade à pesquisa de Tatto (2007), Basso (2013)
selecionou cinco camadas de perfis característicos da localidade para proceder com a
caracterização e estudo da erodibilidade dos solos. Entre estas, estão o horizonte A, o
horizonte B e o horizonte C de um latossolo arenoso, de substrato constituído de rochas
sedimentares arenosas provenientes da Formação Guará. Estas camadas serão denominadas,
neste trabalho, como (SF-A), (SF-B) e (SF-C), respectivamente (Figuras 4.9 e 4.10). Além
destas, Basso (2013) selecionou, também, uma camada de arenito subjacente ao solo de
comportamento mais erodível em relação aos horizontes, denominado (SF-2C); e, por fim,
uma camada de arenito um pouco mais fino – denominada (SF-1A), localizada na base da
voçoroca, a aproximadamente 18 m de profundidade e susceptível à erosão.
56
(a) (b)
Figura 4.9 – (a) Seção transversal com as camadas amostradas; (b) os horizontes A e B do
latossolo (SF-A e SF-B). Fonte: Basso (2013).
(a) (b) (c)
Figura 4.10 – (a) Horizonte C (SF-C); (b) camada 2C (SF-2C); (c) arenitos – camada 1A
(SF-1A). Fonte: Basso (2013).
57
4.3 Santa Maria/RS (SM)
A região central do estado do Rio Grande do Sul foi, também, alvo do estudo da
caracterização geotécnica e da erodibilidade dos solos. Mais especificamente, na cidade de
Santa Maria/RS foram selecionados dois locais em que os solos são originários de uma
mesma formação geológica, porém com algumas diferenças importantes entre os mesmos.
Fernandes (2011) estudou uma voçoroca no distrito de São Valentim, no município de Santa
Maria. Além deste local, foi amostrado – também na cidade de Santa Maria – o solo de um
talude de corte localizado em uma estrada no campus da UFSM.
- Voçoroca Buraco Fundo no distrito de São Valentim - Santa Maria/RS (SV)
No distrito de São Valentim, localizado na cidade de Santa Maria/RS, encontra-se
uma feição erosiva avançada – uma voçoroca, conhecida pelos moradores da região como
“Buraco Fundo”. A localidade fica em uma zona rural, com uso da área voltado à agricultura
de subsistência e, especialmente, à pecuária de bovinos e ovinos. Esta voçoroca, então, foi
alvo de estudo de Ávila (2009) e Fernandes (2011), que escolheram o local pelo fato do
mesmo apresentar diversos processos erosivos em seu interior (Figura 4.11).
(a) (b)
Figura 4.11 – (a) Pecuária extensiva na área de entorno; (b) voçoroca de São Valentim. Fonte: Ávila (2009).
58
Diante disso, Fernandes (2011) escolheu um perfil típico da região, denominado
Perfil II, localizado em uma meia encosta, para sua pesquisa. Esta escolha procedeu-se
devido ao fato de que neste local os solos e rochas apresentavam-se mais acessíveis e
delimitados de maneira mais nítida. Os locais de coleta, assim como as espessuras das
camadas podem ser vistas na Figura 4.12.
Neste perfil, então, foram amostradas três diferentes camadas de solo para o estudo da
erodibilidade. Dentre estes, há um horizonte A/B (denominado SV-AB), pedológico, de
aproximadamente 1 metro de espessura. Há, também, uma camada de rocha alterada
(denominada SV-RA), de textura siltosa e bastante espessa. E, por fim, foi amostrada uma
camada de arenito (SV-ARE), localizada na base da voçoroca e de, aproximadamente, 9,30
m de espessura.
Figura 4.12 – Perfil de solos da voçoroca de São Valentim.
Fonte: Adaptado de Fernandes (2011).
59
- Talude em corte de estrada no campus da UFSM (P-UFSM)
A unidade estratigráfica formação geológica Santa Maria, Membro Passo das Tropas
(porção inferior da sequência sedimentar que constitui a Formação Santa Maria), serviu de
alvo para caracterização geotécnica e estudo da erodibilidade dos solos neste estudo.
Unidade sedimentar que corresponde a arenitos grossos a médios, siltosos, de cor
rosa-avermelhada a amarelada, e de comportamento resistente aos processos erosivos –
geralmente a ocorrência de voçorocas neste tipo de material é rara. Esta resistência advém,
em grande parte, pela presença de óxidos de ferro (cimentos ferruginosos) que concedem
estabilidade ao solo (Figura 4.13).
Figura 4.13 – Perfil típico do membro Passo das Tropas. Fonte: Nagel (2009).
Diante disto, foi selecionado para o estudo um afloramento presente em um talude,
localizado num corte da estrada Pedro Fernandes da Silveira, próximo ao campus da UFSM,
na cidade de Santa Maria. No local citado foi amostrada uma camada característica de arenito
60
grosso e coloração amarelada, visando à determinação dos índices de erodibilidade (Figura
4.14).
Figura 4.14 – Camada de arenito grosso (P-UFSM).
61
5 RESULTADOS
5.1 Ensaios de caracterização geotécnica dos solos estudados
A Tabela 5.1 apresenta os resultados referentes à análise granulométrica das camadas
de solo estudadas e suas classificações geotécnicas.
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.
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
SV-AB 30,0 17,0 15,0 18,0 20,0 A4 MH
SV-RA 2,0 2,0 17,0 28,0 51,0 A7-5 MH
SV-ARE - 13,0 54,0 16,0 17,0 A2-6 SC
SF-A 2,0 48,0 40,0 2,0 8,0 A2-4 SM
SF-B 3,0 49,0 36,0 6,0 6,0 A2-4 SM
SF-C 2,0 73,0 20,0 1,0 4,0 A2,4 SP
SF-2C - 56,0 41,0 1,0 2,0 A2-4 SP
SF-1A 1,0 39,0 58,0 2,0 - A2-4 SP
P-UFSM 48,0 23,0 12,0 9,0 6,0 A2-4 SM
Obs.: H.R.B. - Highway Research Board e S.U.C.S. - Sistema Unificado de Classificação dos Solos. Fonte:
Bastos (1999), Nagel (2009), Sant’Ana (2012), Fernandes (2011) e Basso (2013).
62
Os resultados apresentados revelam que os solos dos perfis estudados por Bastos
(1999), na RMPA, são predominantemente arenosos em sua granulometria. Nos horizontes
em que há ocorrência de maior porcentagem das frações finas do solo (silte + argila), isto
decorre dos processos de pedogênese e intemperismo, como obserado nos solos
subsuperficiais estudados – horizontes B (ALG-B) e B/C (RS239-BC). Os solos dos perfis
RS-239 e PT apresentam-se – de igual forma – arenosos, porém, substancialmente, de
granulometria arenosa fina. Esta característica é advinda da natureza da rocha sedimentar
matriz. Dentre estes solos, é interessante ressaltar que o solo PT-B apresenta maior teor de
argila, devido ao avançado processo de pedogênese ocorrido. Já os perfis estudados ALG e
CD, originários de rocha granítica, apresentam uma granulometria melhor distribuída que vai
desde a fração areia grossa até a fração argila.
Já nos solos estudados por Fernandes (2011), é possível verificar que o horizonte A/B
(SV-AB) e o arenito (SV-ARE) apresentaram uma predominância da fração areia,
principalmente de média a fina, e baixa porcentagem de finos. Na camada de rocha alterada
(SV-RA), ao contrário, constata-se uma porcentagem de fração fina superior a 70%, com
predominância de argila
Os solos provindos da região oeste do estado do Rio Grande do Sul, estudados por
Basso (2013), têm sua granulometria apresentada, também, pela Tabela 5.1. Através desta,
constatamos que os solos selecionados são, em sua totalidade, bastante arenosos, transitando
– fundamentalmente – entre a fração areia média e areia fina (83 a 97% da totalidade). Os
valores inferiores a 90% para as frações de areia foram encontrados somentes nos horizontes
A (SF-A) e B (SF-B). Há pouquíssima porcentagem de argila na composição dos solos, fato
este que se reflete na falta de plasticidade dos mesmos.
Já o solo amostrado pelo autor (P-UFSM) - Passo das Tropas - caracteriza-se, como
pode ser constatado, como um solo altamente arenoso. Esta característica é facilmente
percebida, também, através de análise visual e tátil em campo. Este arenito apresenta
predominância de areia grossa a média dentro da fração grossa do solo. A fração fina
presente neste solo se faz presente, entretanto não é suficiente para conferir plasticidade ao
mesmo.
Como consequência destes resultados, segundo o Sistema Unificado de Classificação
dos solos (SUCS), a grande maioria dos solos estudados se enquadra no grupo dos solos
63
grossos, como areias siltosas (SM), areias argilosas (SC) e areias mal graduadas (SP). Já os
solos ALG-B e PT-B enquadraram-se, segundo o critério classificatório utilizado, como
siltes inorgânicos (ML). As camadas SV-AB e SV-RA foram classificadas como siltes
elásticos (MH).
Na Tabela 5.2, podemos comparar os resultados referentes aos índices físicos dos
solos estudados. É possível verificar que, quanto aos limites de consistência, os solos que não
apresentaram nenhuma plasticidade foram o P-UFSM e todas as camadas estudadas de São
Francisco de Assis (SF). Característica, esta, decorrente da baixa quantidade de finos na
composição. A maioria dos valores de plasticidade residiu em uma faixa baixa, confirmando
a granulometria mais arenosa dos solos e, portanto, com menor característica plástica. Os
maiores valores de índice de plasticidade (I.P.) pertenceram aos solos SV-RA e CD-B,
devido à maior porcentagem de finos na granulometria. Ao tratarmos dos valores referentes
aos índices de vazios (e), percebe-se que, na grande maioria, a faixa de valores varia de 0,65
a 1. Estes valores próximos a 1, são característicos de solos residuais tropicais, especialmente
os arenosos. Os poucos solos com índice de vazios superior a 1, são exatamente aqueles que
apresentam maior fração argilosa na granulometria, tornando os resultados consistentes.
Quanto ao teor de umidade dos solos amostrados, podemos inferir que há
significativas variações neste índice para um mesmo solo. Algumas destas variações são
explicadas devido a ganhos de umidade decorrentes de eventos pluviométricos ocorridos em
data próxima à saída a campo para coleta das amostras. Além disso, Bastos (1999) afirma que
outra evidência a ser notada é o maior teor de umidade para os horizontes subsuperficiais em
relação aos horizontes saprolíticos de um mesmo perfil.
Já em relação ao grau de saturação (S), constata-se o caráter não saturado dos solos
estudados, com os valores situando-se abaixo de 100. A única exceção é o solo RS239-BC
que, segundo Bastos (1999), numa condição extrema de umidade em períodos chuvosos,
mostra-se saturado pela condição peculiar de drenagem do talude de amostragem. Mais
especificamente, de acordo com o IAEG (1979), solos classificados como naturalmente
secos apresentam grau de saturação (S) de 0% a 25%. Solos denominados úmidos
apresentam faixa classificatória de 25% a 50%. Já, os solos muito úmidos apresentam grau de
saturação na faixa de 50% a 80%. Diante disso a maioria dos solos pode ser classificada
como úmidos e muito úmidos, seguindo esta classificação proposta.
64
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.
ALG-B 20,7 a 30,1 16,90 26,80 13,40 0,99 - 55,9 a 81,3 41 31 10
ALG-C 9,2 a 21,9 15,60 26,60 13,50 0,97 - 25,3 a 60,1 39 34 5
RS239-BC 13,8 a 26,0 18,90 26,60 15,80 0,69 - 53,4 a 100 23 16 7
RS239-C 7,8 a 14,3 17,60 26,40 15,90 0,66 - 31,3 a 57,1 20 14 6
PT-B 15,3 a 22,7 16,10 28,50 13,60 1,10 - 39,6 a 58,7 44 31 13
PT-C 10,2 a 13,4 17,00 26,50 15,30 0,74 - 36,3 a 48,0 19 14 5
CD-B 9,9 a 19,5 16,10 26,20 14,10 0,86 - 30,2 a 59,4 53 31 22
CD-C 9,2 a 20,2 15,10 26,30 13,20 1,00 - 24,1 a 53,1 38 31 7
SV-AB 2,9 a 37,5 15,87 26,36 14,00 0,92 46,87 75,4 a 9,0 36 27 9
SV-RA 21,9 a 34 17,09 27,74 13,47 1,07 51,46 50,9 a 98,9 64 35 29
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
SF-A 1,6 a 5,0 15,91 26,54 15,38 0,73 42,05 3,8 a 17,5 N.P. N.P. -
SF-B 3,1 a 16,8 14,97 26,52 14,06 0,90 47,00 10,0 a 52,8 N.P. N.P. -
SF-C 1,1 a 8,8 16,23 26,80 15,65 0,72 41,61 4,0 a 27,2 N.P. N.P. -
SF-2C 3,4 a 10,4 17,53 26,82 16,41 0,64 38,80 12,4 a 53,6 N.P. N.P. -
SF-1A 1,1 a 10,5 17,60 26,40 16,90 0,58 35,99 5,8 a 42,6 N.P. N.P. -
P-UFSM 10,40 15,80 26,40 14,30 0,73 42,10 12,50 N.P. N.P. -
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).
65
5.2 Método direto de avaliação da erodibilidade – ensaio de Inderbitzen
Os ensaios de Inderbitzen foram realizados visando à quantificação da erodibilidade
do solo e, também, a avaliação do efeito da umidade inicial das amostras sobre a
susceptibilidade à erosão hídrica. Isto foi feito, adotando e observando a metodologia
desenvolvida por Bastos (1999) e aplicada por autores como Tatto (2007), Ávila (2009),
Fernandes (2011), Sant´Ana (2012) e Basso (2013).
A Tabela 5.3 apresenta os resultados referentes aos ensaios de Inderbitzen dos
horizontes e camadas estudadas por Bastos (1999).
66
Tabela 5.3 – Resultados dos ensaios de Interbitzen de Bastos (1999) – Perda de Solo (10-3
g/cm2/min), para diferentes condições de fluxo (Q = vazão e i = inclinação da rampa) e teor
de umidade das amostras, e parâmetros hcrít (Pa) e K (10-2
g/cm2/min/Pa).
SOLO COND Q = 3 l/min Q = 6 l/min
hcrít
(Pa)
K (10-2
g/cm2/min/Pa) i=10o i=26o i=45o i=54o i=10o i=26o i=45o i=54o
h (Pa) 1,136 1,710 2,585 3,297 1,393 2,018 2,742 3,239
ALG-B
w nat 0,9 - 1,7 2,6 3,0 - 4,7 - Ind. 0,07
seca ar 36,3 - 118,3 - 39,4 - 305,4 - 1,00 12,90
pré-um 0,6 - 0,8 1,4 1,0 - 1,4 - Ind. 0,03
ALG-C
w nat 112,2 303,8 - - 205,6 345,3 582,2 - 0,70 28,30
seca ar 88,9 - 421,7 - 232,9 - 617,6 - 0,69 26,70
pré-um 61,0 - 459,2 - 174,2 - 549,7 - 0,86 28,10
RS239-BC
w nat 3,9 2,5 3,0 - 5,7 - 21,4 - 0,77 0,65
seca ar 163,8 407,6 501,1 - 117,0 602,4 459,0 - 0,28 22,80
pré-um 2,1 0,2 0,6 - 0,5 - 0,6 3,0 Ind. 0,04
RS239-C
w nat 21,8 - 5,3 - 43,1 - 30,5 - 0,25 1,50
seca ar 81,6 - 82,2 - 155,0 - 116,0 - Ind. 3,60
pré-um 3,5 - 5,3 - 2,3 - 5,6 - Ind. ≈0
PT-B
w nat 1,0 - 1,2 - 1,4 4,4 2,3 0,9 Ind. ≈0
seca ar 14,3 82,2 94,0 - 23,7 - 340,4 - 1,17 14,80
pré-um 0,2 - 0,4 - 0,1 - 0,8 2,6 Ind. 0,09
w nat 108,7 - 614,4 - 244,8 - 720,3 - 0,79 36,30
PT-C seca ar 150,5 - 615,5 - 273,4 - 720,3 - 0,63 33,00
pré-um 61,2 - 515,6 - 135,6 - 692,9 - 1,00 36,50
w nat 1,0 - 5,6 - 6,6 15,8 8,5 16,7 Ind. 0,47
CD-B seca ar 5,6 - 120,9 - 39,9 95,4 432,5 - 1,25 19,00
pré-um 0,3 - 9,4 - 9,2 4,9 15,5 5,5 Ind. 0,29
w nat 7,9 - 61,4 - 31,0 208,7 136,4 - 0,56 6,30
CD-C seca ar 29,2 - 182,8 - 92,2 273,5 617,7 - 1,05 25,90
pré-um 9,0 - 19,3 - 19,0 108,5 96,2 - 0,56 3,60
67
Como é possível observar, os solos ALG-C e PT-C apresentaram os valores de
coeficiente K mais altos dentre os solos estudados, sendo estes – em média - em torno de 0,27
g/cm²/min/Pa e 0,35 g/cm²/min/Pa, respectivamente. Estes valores se mostram coerentes,
uma vez que estes solos apresentaram comportamento susceptível à erosão em campo.
Já os solos ALG-B e PT-B, que em campo se mostraram de baixa erodibilidade,
apresentaram, condizentemente, valores de taxa de erodibilidade K muito baixos nas
condições de umidade natural e pré-umedecida. Entretanto, na condição de umidade seca ao
ar, os valores referentes ao coeficiente K foram significativos. Isto ocorre, segundo Bastos
(1999), pois nesta condição de umidade, os solos são erodidos na forma de agregados
milimétricos resistentes à desagregação em água, por efeito da cimentação e da elevada
sucção intra-agregados. Os resultados dos ensaios mostraram que acompanham este
comportamento, também, os solos RS 239-BC e o CD-B, com valores de K mais
significativos somente nas amostras secas ao ar.
É possível observar, também, que o solo RS 239-C, independentemente das
condições de umidade, obteve valores de taxa de erodibilidade K baixos. Este resultado pode
ser associado ao fato do arenito apresentar cimentação, acrescendo resistência ao solo e
protegendo-o do fluxo hidráulico. Já os resultados do solo CD-C apontam para valores
significativos de K, especialmente com a secagem das amostras.
Quanto ao parâmetro de tensão hidráulica crítica, de acordo com Bastos (1999) os
valores obtidos estiveram entre 0,25 e 1,25 Pa, na ordem de grandeza de valores para solos
coesivos registrados na literatura, obtidos em diferentes ensaios hidráulicos.
Já a Tabela 5.4, abaixo, apresenta os resultados relativos às camadas estudadas por
Fernandes (2011). Ao analisarmos esta, podemos constatar a relação direta estabelecida entre
a perda de solo, a inclinação da rampa e a vazão utilizada no ensaio. Ou seja, claramente
nota-se que, na grande maioria dos resultados, a perda do solo é tanto maior quanto maior a
inclinação de rampa ou vazão utilizadas.
68
Tabela 5.4 – Resultados dos ensaios de Interbitzen de Fernandes (2011) – Perda de Solo (10-3
g/cm2/min), para diferentes condições de fluxo (Q = vazão e i = inclinação da rampa) e teor
de umidade das amostras, e parâmetros hcrít (Pa) e K (10-2
g/cm2/min/Pa).
SOLO COND Q = 3 l/min Q = 6 l/min
hcrít
(Pa)
K (10-2
g/cm2/min/Pa) i=10o i=26o i=45o i=54o i=10o i=26o i=45o i=54o
h (Pa) 1,136 1,710 2,585 3,297 1,393 2,018 2,742 3,239
SV-AB
w nat - 1,7 - - 1,4 2,5 2,2 5,3 1,00 0,10
seca ar 1,4 1,9 - 11,6 0,8 4,2 - 8,5 1,25 0,40
pré-um 1,2 2,7 - - 0,8 2,0 5,7 10,9 1,25 0,40
SV-RA
w nat 0,2 0,4 - - 0,35 4,1 3,7 - 1,50 0,20
seca ar 0,6 1,7 18,9 - 1,9 4,4 10,7 - 1,33 0,90
pré-um 0,6 0,4 0,9 - - 0,7 1,4 - Ind. 0,07
SV-ARE
w nat 5,3 15,4 - - 7,9 - - - 0,88 1,70
seca ar 17,1 - 41,9 124,6 17,1 - - - 1,00 4,50
pré-um 2,4 - - - 4,3 5,1 - 6,6 Ind. 0,10
Além disso, é possível inferir que as amostras secas ao ar tiveram maior perda de
solo, decorrente da perda de umidade após 72 horas expostas ao ar. Isto é explicado, pois,
com a redução da quantidade de água da amostra, a parcela de resistência conferida pela água
ao solo - através do efeito de sucção – é perdida. Logo, a tensão hidráulica atuante propicia
uma maior desagregação do solo nesta situação, em comparação às outras condições de
umidade.
Em todas as condições de umidade, as amostras referentes ao arenito (SV-ARE)
apresentaram muito mais susceptibilidade à ação erosiva simulada do que as amostras
provenientes dos outros horizontes. Consequentemente, observa-se que o arenito (SV-ARE)
foi o horizonte a apresentar maiores taxas de erodibilidade K em relação aos outros solos
estudados. Isto é constatado especialmente nas amostras seca ao ar. Para a camada de arenito
o coeficiente de erodibilidade K chegou a 0,045 g/cm²/min/Pa numa tensão hidráulica crítica
de 1,0 Pa.
69
Já o horizonte A/B (SV-AB) e a camada de rocha alterada (SV-RA) apresentaram
perdas de solo bem menores em relação ao arenito, constatadas pelos coeficientes K de
menor valor. Para o horizonte A/B, a taxa de erodibilidade K ficou em torno de 0,004
g/cm²/min/Pa. No caso da rocha alterada, o coeficiente K mais elevado obtido foi 0,009
g/cm²/min/Pa resultante do ensaio com amostra seca ao ar. Estas taxas são,
consideravelmente, menores do que as obtidas no arenito, mostrando que o arenito se mostra
mais erodível, condizente com o que é observado in situ.
Com relação às tensões hidráulicas críticas, os resultados referentes ao horizonte A/B
(SV-AB) e à rocha alterada (SV-RA) apresentaram valores situados entre 1,0 e 1,5 Pa. Estes,
sim, superiores aos que o arenito (SV-ARE) apresentou, indicando uma maior resistência à
deflagração do processo erosivo. Fato este, também, constatado em campo.
A Tabela 5.5 abaixo apresenta os resultados obtidos através do ensaio Inderbitzen
para a perda de solo (g/cm²/min) pela tensão hidráulica para todos os materiais estudados na
voçoroca de São Francisco de Assis/RS. Ao analisar os resultados, observa-se que as maiores
perdas de solos, em geral, aconteceram nas camadas abaixo do latossolo arenoso, a partir do
horizonte C (SF-C). Em todas as condições de umidade inicial ensaiadas, os solos mais
arenosos SF-C, SF-2C e SF-1A se mostraram mais erodíveis do que os horizontes
superficiais. Há de se ressaltar, também, que a tendência foi de maiores perdas de solo para
maiores inclinações e maiores vazões aplicadas. Além disso, pode-se constatar que, em geral,
as amostras na condição de umidade seca ao ar, apresentaram maior susceptibilidade à erosão
em relação às outras.
Em consonância a estas observações, os maiores valores de taxas de erodibilidade
foram constatados para os solos mais arenosos (SF-C, SF-2C e SF-1A). Para estes solos, os
valores de K situaram-se entre 0,30 g/cm²/min/Pa e 0,54 g/cm²/min/Pa. Resultados estes de
maior magnitude do que o apresentado, especialmente, pela camada SF-A – a de menor
erodibilidade. Já o solo SF-B teve valores menores de coeficiente K, em relação às camadas
mais arenosas, porém de magnitude bem relevante, variando de 0,10 g/cm²/min/Pa a 0,25
g/cm²/min/Pa.
70
Tabela 5.5 – Resultados dos ensaios de Interbitzen de Basso (2013) – Perda de Solo (10-3
g/cm2/min), para diferentes condições de fluxo (Q = vazão e i = inclinação da rampa) e teor
de umidade das amostras, e parâmetros hcrít (Pa) e K (10-2
g/cm2/min/Pa).
SOLO COND Q = 3 l/min Q = 6 l/min
hcrít
(Pa)
K (10-2
g/cm2/min/Pa) i=10o i=26o i=45o i=54o i=10o i=26o i=45o i=54o
h (Pa) 1,136 1,710 2,585 3,297 1,393 2,018 2,742 3,239
SF-A
w nat 6,4 5,5 9,8 23,4 - 14,1 18,6 20,7 Ind. 0,78
seca ar 8,5 7,7 9,0 - 15,8 - 28,7 37,9 Ind. 1,13
pré-um 5,3 5,6 - - 21,4 33,4 37,4 33,6 Ind. 1,38
SF-B
w nat 8,3 15,2 - - 50,9 60,8 487,0 416,9 1,33 24,30
seca ar 16,1 138,7 140,0 - 73,3 - - 406,0 1,02 15,50
pré-um 22,8 27,1 - - 20,6 38,3 93,3 264,2 1,29 10,30
SF-C
w nat 97,5 373,5 - - 235,9 856,4 761,7 - 0,79 45,80
seca ar 70,9 325,0 659,0 - 197,6 240,7 610,0 - 0,92 34,60
pré-um 136,1 104,2 646,7 - 146,0 177,5 641,9 - 1,08 36,30
SF-2C
w nat 181,0 420,9 - - 243,7 669,1 784,6 - 0,67 40,50
seca ar 154,9 470,0 - - 415,9 660,0 - - 0,75 52,40
pré-um 159,8 465,4 631,0 - 146,0 177,5 633,9 - 0,73 30,70
SF-1A
w nat 200,3 312,5 687,4 - 198,9 701,6 859,0 - 0,76 42,30
seca ar 165,4 468,5 867,8 - 299,8 694,5 846,1 - 0,68 44,50
pré-um 172,1 514,2 774,3 - - 682,8 803,7 - 0,48 37,90
Além disso, as observações sobre o desencadeamento do processo erosivo,
condicionado pela tensão hidráulica crítica (hcrít), permitem observar que os arenitos SF-2C
e SF-1A apresentaram os menores valores deste parâmetro, indicando uma menor resistência
ao início da erosão devido ao fluxo superficial. Os valores chegaram até a 0,48 Pa para a
amostra pré-umedecida do solo situado na base da voçoroca.
A Tabela 5.6 apresenta os resultados do ensaio de Inderbitzen para o ponto P-UFSM.
É possível inferir, analisando os dados, que o solo deste local apresentou baixa perda quando
submetido ao fluxo induzido, em qualquer das condições de ensaio: mesmo variando
71
umidade das amostras, inclinações ou vazões. Isto confirma o comportamento desta camada
in situ, que se mostra muito resistente à erosão. Mais especificamente, os valores de perda de
solo não seguem uma tendência clara, diferentemente dos solos estudados em outras
pesquisas que apresentavam – na maioria dos casos – perdas maiores nas amostras secas ao
ar. Os valores de taxa de erodibilidade K refletiram, então, as baixas perdas apresentadas,
girando em torno de 0,002 g/cm²/min/Pa a 0,013 g/cm²/min/Pa.
Os valores de tensão hidráulica crítica hcrít resultaram em não determinados para a
condição natural e pré-umedecidas das amostras. Já para a condição seca ao ar, este
coeficiente resultou em 1,25 Pa.
Tabela 5.6 – Resultados dos ensaios de Interbitzen de P-UFSM – Perda de Solo (10-3
g/cm2/min), para diferentes condições de fluxo (Q = vazão e i = inclinação da rampa) e teor
de umidade das amostras, e parâmetros hcrít (Pa) e K (10-2
g/cm2/min/Pa).
SOLO COND Q = 3 l/min Q = 6 l/min
hcrít
(Pa)
K (10-2
g/cm2/min/Pa) i=10o i=26o i=45o i=54o i=10o i=26o i=45o i=54o
h (Pa) 1,136 1,710 2,585 3,297 1,393 2,018 2,742 3,239
P-UFSM
w nat 3,8 5,1 14,8 10,6 9,3 4,5 9,2 4,9 Ind. 0,18
seca ar 5,9 16,6 5,2 8,2 7,3 6,4 12,3 - 1,25 0,02
pré-um 1,6 2,9 39,8 - 2,4 3,3 3,6 - Ind. 1,30
A Tabela 5.7 apresenta os resultados relativos aos ensaios de Inderbitzen para as
amostras de horizontes/camadas estudadas, através dos valores médios finais obtidos para
tensão hidráulica crítica e taxa de erodibilidade dos solos. É possível, através desta análise,
traçar um panorama geral dos ensaios realizados.
72
Tabela 5.7 – Resultados dos ensaios de Interbitzen – Tensão hidráulica cisalhante crítica hcrít
(Pa) e taxa de erodibilidade K (10-2
g/cm2/min/Pa) médios.
Solo
Tensão Hidráulica Crítica hcrít
(Pa)
Taxa de erodibilidade K
(10-2
g/cm²/min/Pa)
Natural Seca ar Pré-um Média Natural Seca ar Pré-um Média
ALG-B Ind. 1,00 Ind. 1,00 0,07 12,90 0,03 4,33
ALG-C 0,70 0,69 0,86 0,75 28,30 26,70 28,10 27,70
RS239-BC 0,77 0,28 Ind. 0,53 0,65 22,80 0,04 7,83
RS239-C 0,25 Ind. Ind. 0,25 1,50 3,60 0,00 1,70
PT-B Ind. 1,17 Ind. 1,17 0,00 14,80 0,09 4,96
PT-C 0,79 0,63 1,00 0,81 36,30 33,00 36,50 35,27
CD-B Ind. 1,25 Ind. 1,25 0,47 19,00 0,29 6,59
CD-C 0,56 1,05 0,56 0,72 6,30 25,90 3,60 11,93
SV-AB 1,00 1,25 1,25 1,17 0,10 0,40 0,40 0,30
SV-RA 1,50 1,33 Ind. 1,42 0,20 0,90 0,07 0,39
SV-ARE 0,88 1,00 Ind. 0,94 1,70 4,50 0,10 2,10
SF-A Ind. Ind. Ind. - 0,78 1,13 1,38 1,10
SF-B 1,33 1,02 1,29 1,21 24,30 15,50 10,30 16,70
SF-C 0,79 0,92 1,08 0,93 45,80 34,60 36,30 38,90
SF-2C 0,67 0,75 0,73 0,72 40,50 52,40 30,70 41,20
SF-1A 0,76 0,68 0,48 0,64 42,30 44,50 37,90 41,57
P-UFSM Ind. 1,25 Ind. 1,25 0,18 0,02 1,30 0,50
Nos solos da RMPA estudados, houve uma grande amplitude de valores de
coeficiente K médio, variando de 0,017 g/cm²/min/Pa (taxa do solo RS239-C) a 0,353
g/cm²/min/Pa (taxa do solo PT-C). Nesta região, os solos que apresentaram resultados mais
elevados foram o ALG-B (0,277 g/cm²/min/Pa), o PT-C já citado, e o CD-C (0,119
g/cm²/min/Pa). Estes resultados foram condizentes com o comportamento observado em
campo, visto que estas camadas eram, realmente, as que se mostravam mais susceptíveis à
erosão. Tratando ainda dos solos da região metropolitana, é possível inferir que as tensões
hidráulicas situaram-se entre 0,25 Pa e 1,25 Pa.
73
Já as camadas amostradas no Distrito de São Valentim, em Santa Maria/RS,
apresentaram – comparativamente aos solos estudados por Bastos (1999) e Basso (2013) –
menores valores de coeficiente K médio. O resultado mais representativo deste coeficiente
ocorreu na camada de arenito (SV-ARE) que teve K médio de 0,021 g/cm²/min/Pa. Já,
tratando-se da tensão hidráulica crítica hcrít média, para esta localidade, os valores
situaram-se entre 0,94 Pa e 1,42 Pa – este último, o maior valor dentre todos os solos
estudados.
Analisando a Tabela 5.7, constatamos, também, que os solos provenientes da
voçoroca de São Francisco de Assis (SF), foram aqueles que apresentaram maiores taxas de
erodibilidade, no geral. O arenito da base da voçoroca – SF-1A – comprovou-se altamente
erodível, com uma taxa de erodibilidade média K igual a 0,416 g/cm²/min/P – a mais alta
dentre todas as camadas ensaiadas. Há de se destacar que o parâmetro K médio, foi de grande
magnitude também para SF-C e SF-2C. A tensão hidráulica crítica não pôde ser determinada
para o horizonte A. Já, este coeficiente médio situou-se, para o horizonte C e os arenitos,
entre 0,7 e 1 Pa, portanto valores inferiores aos solos dos horizontes A e B. Bastos (1999) e
Fernandes (2011) verificaram esta tendência, ou seja, os solos saprolíticos e materiais de
alteração apresentam uma tensão hidráulica crítica inferior quando comparado aos horizontes
pedológicos – neste caso SF-A e SF-B.
O ponto P-UFSM mostrou-se, através dos resultados do ensaio de Inderbitzen, muito
resistente ao processo erosivo. Isto ficou evidenciado na taxa média de erodibilidade de
0,005 g/cm²/min/Pa, uma das menores observadas nesta pesquisa. Além disso, a tensão
hidráulica desencadeadora da erosão foi de 1,25 Pa, maior do que a grande maioria das
amostras ensaiadas, comprovando que o arenito grosso com cimentação natural tem
resistência alta ao escoamento superficial.
Na literatura técnica existem poucas referências sobre critérios estabelecidos na
avaliação da erodibilidade. Bastos (1999), em seu trabalho, em uma primeira aproximação
estabelece que os solos mais erodíveis apresentem valores de K, na condição de umidade
natural, superiores a 0,1 g/cm²/min/Pa – sendo classificados como de alta erodibilidade.
Sugere, também, que solos de baixa erodibilidade apresentem valores de K inferiores a 0,001
g/cm²/min/Pa, na umidade referida.
74
Figura 5.1 – Critério de erodibilidade com base nos dados de taxa de erodibilidade obtidos
nos ensaios de Inderbitzen proposto por Bastos (1999).
De acordo com a proposta de classificação de Bastos (1999) e analisando a Figura
5.1, é possível constatar que a maioria dos solos estudados situaram-se na faixa de solos de
mediana erodibilidade. Os solos classificados como de alta erodibilidade foram, exatamente,
aqueles que em campo apresentavam grande susceptibilidade aos processos erosivos. Fazem
parte deste grupo os solos: ALG-C, PT-C, SF-B, SF-C, SF-2C e o SF-1A. Já os solos que, in
situ, apresentaram comportamento mais resistente à frente erosiva, são exatamente os que
situaram-se abaixo da faixa de 0,001 g/cm²/min/Pa ou próximo desta. Estão dentre estes os
solos: ALG-B, PT-B e o SV-AB.
75
6 CONCLUSÕES
Os solos de todos os locais estudados são, predominantemente, arenosos e pouco
plásticos, sendo estas características constatadas através da granulometria e dos limites de
Atterberg. É possível inferir, também, que o eventual aumento nas frações finas e na
plasticidade para alguns solos foi decorrente do processo de pedogênese mais avançado do
solo que é constatado em solos subsuperficiais (por exemplo: horizontes B e B/C) em relação
aos solos saprolíticos. Os valores referentes à massa específica real dos grãos (s)
mostraram-se coerentes com a mineralogia dos solos estudados – provenientes de substrato
granítico ou arenito, constituídos de minerais como quartzo e feldspato.
Os solos estudados se mostraram porosos e não saturados, com valores de índices de
vazios menores do que 1 ou próximos a este valor, na sua maioria. Estes resultados são
característicos de solos residuais tropicais, o que é o caso. Já na avaliação do grau de
saturação das amostras, constatamos que houve grande amplitude de resultados, só havendo
o solo RS239-BC alcançado a saturação – devido a uma situação muito específica de campo.
A maioria, então, foi classificada como solos úmidos, segundo o IAEG (1979).
A avaliação direta da erodibilidade através do ensaio de Inderbitzen – alvo principal
deste estudo – foi realizada a fim de quantificar a erodibilidade dos solos e rochas estudados,
através dos parâmetros de taxa de erodibilidade (K) e tensão cisalhante hidráulica crítica
(τhcrit). Após execução dos ensaios, análise dos resultados obtidos e comparação dos mesmos
com os dados provenites de outros autores, foi possível constatar que:
A inclinação de rampa e a vazão aplicada no ensaio tem papel decisivo nas perdas de
solos resultantes. É claramente observado que, quanto maior estes dois parâmetros de
ensaio, maiores são as perdas de solo nas amostras avaliadas, na grande maioria.
As taxas de erodibilidade (K) permitiram uma avaliação comparativa da
erodibilidade dos solos estudados. Entretanto, devido às simplificações necessárias e
dispersão de resultados, muitos dos valores de tensão hidráulica crítica foram
considerados indeterminados por terem significado físico incoerente.
Os valores de tensões hidráulicas críticas obtidos para camadas saprolíticas e
materiais de alteração foram, na maioria dos casos, menores do que horizontes
76
pedológicos como, por exemplo: horizontes A e B. Isto demonstra que os horizontes
superficiais tendem a ser mais resistentes frente ao início do processo erosivo.
De maneira geral, foi possível constatar que as amostras secas ao ar, em geral,
apresentaram maiores perdas quando submetidas ao fluxo induzido. Isto é explicado
pela perda da parcela de resistência conferida pela água ao solo através do efeito de
sucção.
Os solos saprolíticos ALG-C e PT-C, da RMPA, comprovaram o comportamento
erodível verificado em campo por Bastos (1999) apresentando valores altos de taxa
média de erodibilidade de 0,277 g/cm²/min/Pa e 0,353 g/cm²/min/Pa.
Concomitantemente, os solos provenientes da voçoroca de São Francisco de Assis
(SF) estiveram entre os solos com maiores coeficientes K, chegando ao valor médio
de 0,412 g/cm²/min/Pa no solo SF-1A – a maior taxa dentre todos os solos estudados.
Estes resultados estiveram de acordo, também, com o comportamento in situ descrito
por Basso (2013).
Na outra direção, os solos amostrados da voçoroca de São Valentim (SV) e do
P-UFSM apresentaram, menores taxas de erodibilidade em relação aos outros locais
estudados. Porém, em uma comparação entre os dois arenitos da mesma formação, os
resultados do ensaio de Inderbitzen mostraram que o SV-ARE é bem mais erodível
que o P-UFSM – o que é constatado em campo. Isto ocorre, pois o arenito grosso do
P-UFSM apresenta grau de cimentação natural.
Ao utilizar a proposta classificatória quanto à erodibilidade de Bastos (1999), a
maioria das camadas estudadas foi classificada como de mediana erodibilidade. Os
solos ALG-C, PT-C, SF-B,SF-C, SF-2C e SF-1A foram classificados como de alta
erodibilidade, segundo a mesma proposta, concordando com o comportamento dos
solos em campo. Da mesma forma, houve coerência, neste sentido, nas amostras de
solos considerados pouco erodíveis.
Entretanto, a proposta classificatória de Bastos (1999) foi criada a partir da análise de
resultados das amostras provenientes, majoritariamente, de rocha de origem
granítica. Em contraponto, os solos e rochas estudados da região de Santa Maria e
São Francisco de Assis/RS são de origem sedimentar e estas mostram em campo,
com exceção do P-UFSM e alguns horizontes superficiais, avançados processos
77
erosivos. Porém, muitos destes horizontes e camadas analisados, oriundos de rocha
sedimentar, são considerados de mediana erodibilidade segundo a classificação
sugerida por Bastos (1999) – o que não condiz exatamente com o comportamento
observado em campo.
Desta maneira, sugere-se a continuidade dos estudos nesta área para que uma
proposta classificatória quanto à erodibilidade dos solos e rochas mais adequada –
que considere a origem do material amostrado – seja desenvolvida.
Diante de todas as informações coletadas e analisadas e, constatando que os
resultados advindos do método direto de avaliação da erodibilidade mostraram uma
muito boa afinidade entre o parâmetro K e o comportamento dos solos quanto ao
processo erosivo, a utilização do ensaio de Inderbitzen se mostra uma interessante
alternativa na avaliação da erodibilidade dos solos – especialmente para solos das
regiões estudadas neste trabalho.
78
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459: Solo –
Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1968. 6p.
_______. NBR 6502: Rochas e solos. Rio de Janeiro, 1995. 18p.
_______. NBR 6508: Grãos de solos que passam na peneira de 4.8 mm – Determinação da
massa específica. Rio de Janeiro, 1984. 8p.
_______. NBR 7180: Solo – Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1984.
3p.
_______. NBR 7181: Solo – Análise granulométrica. Rio de Janeiro, 1984. 13p.
AGUIAR, V.G; ROMÃO, P.A. Proposta de Mensuração de Erodibilidade do Solo em
Laboratório. In: XI EREGEO - Simpósio Regional de Geografia. A Geografia no Centro
Oeste brasileiro: Passado, Presente e Futuro - UFG...2009, Jataí-GO. Anais... Jataí: 2009.
p.752-763.
ÁVILA, L. O. Erosão na Microbacia do Arroio Sarandi: Voçoroca do Buraco Fundo,
Santa Maria/RS. 2009. 103f. Dissertação (Mestrado em Geografia) - Universidade Federal
de Santa Maria, Santa Maria, 2009.
AYRES, Q. C. La erosión del suelo y su control. Barcelon, Omega, 1960.
BACELLAR, L. de A.; NETTO, A. L.; LACERDA W. A. Controlling factors of gullying in
the Maracujá Catchment, Southeastern Brazil. Earth Surface Processes and Landforms.
1369–1385 (2005).
BASSO, L. Estudo da erodibilidade de solos e rochas sedimentares de uma voçoroca na
cidade de São Francisco de Assis - RS. 2013. 140f. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Civil) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2013.
79
BASTOS, C. A. B. Estudo geotécnico sobre a erodibilidade de solos residuais não
saturados. 1999. 251f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal do
Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1999.
BASTOS, C. A. B.; DIAS, R. D. Aspectos sobre a erosão urbana na região
metropolitana de Porto Alegre. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE CONTROLE DE
EROSÃO, 5., 1995, Baurú. Anais..., Baurú: ABGE/P.M.Baurú/UNESP, 1995. p.149-152.
BASTOS, C. A. B.; MILITITSKY, J.; GEHLING, W. Y. Y. A avaliação da erodibilidade
dos solos sob o enfoque geotécnico-pesquisas e tendências. Teoria e Prática na
Engenharia Civil, Rio Grande/RS, v. 1, p. 17-26, 2000.
BERTONI, J.; LOMBARDI NETO, F. Conservação do solo. Piracicaba: Livroceres, 1985.
372 p.
BERTONI, J.; NETO, F. L. Conservação dos solo. São Paulo: Ícone, 1999.
BIGARELLA, J. J. Estrutura e origem das paisagens tropicais e subtropicais.
Florianópolis: Ed. da UFSC, v. 3, 2003. p. 877-1436.
CAMAPUM DE CARVALHO, J. et al. Processos erosivos. In: CAMAPUM DE
CARVALHO, J.; SALES, M. M.; SOUZA, N. M.; MELO. M. T. S. (Org.). Processos
erosivos no centro-oeste brasileiro. Brasília: Universidade de Brasília: FINATEC, 2006a.
p. 39-91.
CUNHA, C. M. L. Quantificação e mapeamento das perdas de solo por erosão com base
na malha fundiária. Rio Claro: Instituto de Geociências e Ciências Exatas, UNESP, 1997.
DAL CONTE, Francisco Manoel. Índice de Erodibilidade de um solo Podzólico
Vermelho Amarelo, determinado sob condições de chuva simulada. 1982, 67f.
Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Universidade Federal de Santa Maria: Santa Maria.
FÁCIO, J. A. Proposição de uma metodologia de estudo da erodibilidade dos solos do
Distrito Federal. 1991. 107f. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) - Universidade de
Brasília, Brasília, 1991.
80
FENDRICH, R. et al. Drenagem e controle da erosão urbana. 3. ed. São Paulo: IBRASA.
Curitiba: Ed. Universitária Champagnat, 1991. 442 p.
FRAGASSI, P.F.M.; MARQUES, E.A.G. Desenvolvimento de uma nova versão do aparelho
Inderbitzen. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE CONTROLE DA EROSÃO, 7., 2001,
Goiânia. Anais. Goiânia: Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental,
2001.
FREIRE, E. P. Ensaio Inderbitzen modificado: um novo modelo para avaliação do grau de
erodibilidade do solo. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE CONTROLE DA EROSÃO, 7.,
2001, Goiânia. Anais... Goiânia: Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e
Ambiental, 2001.
GALETI, P. A. Conservação do Solo; Reflorestamento; Clima. Campinas: Instituto
Campineiro de Ensino agrícola, 1973.
GALETI, P. A. Práticas de controle à erosão. Campinas: Instituto Campineiro de Ensino
Agrícola, 1985. 278 p.
GUERRA, A.J.T. Processos erosivos nas encostas. In: Geomorfologia: uma atualização de
bases e conceitos. Orgs.: A.J.T. Guerra e S.B. da Cunha. 3a ed. Rio de Janeiro: Bertrand
Brasil, 1998.
GUERRA, A.J.T. Processos erosivos nas encostas. In: CUNHA, S.B.; GUERRA, A.J.T.
(Org) Geomorfologia: exercícios, técnicas e aplicações. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil,
2002. p.139-155.
GUERRA, A.J.T. Encostas e a questão ambiental. In: CUNHA, S.B.; GUERRA, A.J.T.
(Org.). A questão ambiental-diferentes abordagens. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2003.
p. 191-218.
GUERRA, A. J. T.; MENDONÇA, J. K. S. Erosão dos solos e a questão ambiental. In:
VITTE, A. C.; GUERRA, A. J. T. (Org.). Reflexões sobre a geografia física do Brasil.
São Paulo: Bertrand Brasil, 2004.
GUERRA, A.J.T.; SILVA, A.S.; BOTELHO, R.G.M. Erosão e conservação dos solos:
conceitos, temas e aplicações. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2007.
81
HOLLICK, M. Towards a routine test for the assesment of the critical tractive forces of
cohesive soils. Transactions of ASAE, v. 19, n. 6, 1976.
IAEG COMMISSION “ENGINEERING GEOLOGICAL MAPPING” Classification of
rocks and soils for engineering geology mapping. Part 1: rock and soil materials. Bulletin of
the Intermational Association of Engineering Geology, Krefeld, v.19, p. 364-371, 1979.
INDERBITZEN, A.L. An erosion tests for soils. Material reseach and standarts.
Philadelphia, v. 1, n. 7, p. 553-554, 1 july. 1961.
INFANTI JUNIOR, N.; FORNASARI FILHO, N. Processos de Dinâmica Superficial. In:
OLIVEIRA, A. M. S.; BRITO, S. N. A. (Ed.). Geologia de engenharia. São Paulo:
Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, 1998. p. 131-152.
IPT. Manual de ocupação de encostas. CUNHA, M. A. (Coord). São Paulo: IPT, 1991, n.
1831, 216 p.
JACINTHO, E. C. et al. Solos Tropicais e o Processo Erosivo. In: CAMAPUM DE
CARVALHO, J.; SALES, M. M.; SOUZA, N. M.; MELO. M. T. S. (Org.). Processos
erosivos no centro-oeste brasileiro. Brasília: Universidade de Brasília: FINATEC, 2006.
p. 93-156.
LACERDA, W. A.; SILVA, T.R.M. Erodibilidade dos solos de uma voçoroca da região de
Ouro Preto, Minas Gerais. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE CONTROLE DA EROSÃO, 7.,
2001, Goiânia. Anais... Goiânia: Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e
Ambiental, 2001.
LEMOS, Clarice Farian. Avaliação da erosão entre sulcos em solos de diferentes classes
de uso na bacia do rio Bucha (PR), através do aparelho Inderbitzen. Revista Eletrônica
Geografar. Curitiba, 2007.
MACIEL FILHO, C. L. Introdução à geologia de engenharia. 2 ed. Santa Maria: UFSM;
Brasília: CPRM, 1997.
MONTENEGRO, J. O. Características Físicas e Fator de Erodibilidade de Solos da
Depressão Central do Rio Grande do Sul. 1976, 92f. Dissertação (Mestrado em
Agronomia) – Universidade Federal de Santa Maria: Santa Maria, 1976.
82
NAGEL, F. et al. Ensaio Interbitzen: estudo da erodibilidade de solos e rochas
sedimentares. Seminário de Engenharia Geotécnica do Rio Grande do Sul (GEO-RS); 1 a
3 de junho de 2009; Pelotas. Rio Grande do Sul; 2009.
NOGAMI, J. S.; VILLIBOR, D. F. Soil characterization of mapping units for highway
purposes in a tropical area. Bulletin of International Association of Engineering
Geology, Krefeld, n. 19, p.196-199, 1979.
NOGAMI, J. S.; VILLIBOR, D. F. Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos.
São Paulo: Ed. Villibor, 1995. p. 169-196
NUNES, M. C. M; CASSOL, E. A. Estimativa da erodibilidade em entressulcos de
latossolos do Rio Grande do Sul. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v 32 Número
especial, p. 2839-2845, 2008.
OLIVEIRA, A. M. S.; BRITO, S. N. A. Geologia de Engenharia. São Paulo: Associação
Brasileira de Geologia de Engenharia, 1998. 587 p.
OLIVEIRA, M.A.T. Processos Erosivos e Preservação de Áreas de Risco de Erosão por
Voçorocas. In: GUERRA, A.J.T.; SILVA, A.S.; BOTELHO,R.G.M. (Org.). Erosão e
conservação dos solos – conceitos, temas e aplicações. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil,
1999. p. 57-99.
PAIVA, J.B.D. de.; BELING, F.A. Estimativa da produção anual de sedimentos para fins de
avaliação do assoreamento de reservatórios. Estudo de caso: Rio das Velhas, Rio Paracatú e
125 Urucuia. In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE SEDIMENTOS, 7.,
2006, Porto Alegre. Anais... Porto Alegre: ABRH, 2006. CDROM.
PANACHUKI, E.; ALVES S. T.; VITORINO, A.C.T.; CARVALHO, D.F. de; URCHEI,
M.A. Parâmetros físicos do solo e erosão hídrica sob chuva simulada, em área de
integração agricultura-pecuária. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental,
v.10, n 2, p. 261-268, 2006.
SANT’ANA, K. D. A. Diagnóstico ambiental do meio físico do Campo de Instrução de
Santa Maria (CISM). 2012. 125 p. Dissertação (Mestrado em Geografia) – Universidade
Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2012.
83
SILVA, M.L.N.; CURI, N.; LIMA, L.M.; FERREIRA, M.M. Avaliação de métodos
indiretos e determinação da erodibilidade de latossolos brasileiros. Pesquisa
Agropoecuária Brasileira, v.35, n.6, p.1207-1220, 2000.
SUERTEGARAY, D.M.A. Desertificação: recuperação e desenvolvimento sustentável. In:
GUERRA, A.J.T.; CUNHA, S.B (Org.). Geomorfologia e meio ambiente. Rio de Janeiro:
Bertland Brasil, 2003. p. 249-290.
SUGUIO, K. Geologia sedimentar. São Paulo: Ed. Edgard Blücher ltda, 2003. 400 p.
TATTO, J. Análise dos Parâmetros Geológicos-Geotécnicos que Condicionam Erosão
por Voçoroca no Município de São Francisco de Assis. 2007, 84f. Trabalho de Conclusão
de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Maria: Santa
Maria.
TATTO, J. Análise dos Parâmetros Geológicos-Geotécnicos que Condicionam Erosão
por Voçoroca no Município de São Francisco de Assis. 2007, 84f. Trabalho de Conclusão
de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Maria: Santa
Maria.
VILAR, O. M.; PRANDI, E. C. Erosão dos solos. In: Cintra, J.C.A.; Albiero, J.H. (Org.).
Solos do interior de São Paulo. São Carlos: Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e
Engenharia Geotécnica; USP, v.1, 1993. p. 177-206.
VILELA FILHO, L. R. Estimativa da perda de solos em uma bacia hidrográfica sob o
cultivo de frutíferas, no município de Valinhos (SP). 2002. 153 f. Trabalho de Conclusão
de Curso (Geografia) – Instituto de Geociências, Universidade Estadual de Campinas,
Campinas, SP, 2002.
