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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGROECOSSISTEMAS

DEGRADAÇÃO DE GEOMANTAS PARA

UTILIZAÇÃO NA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM

MARGEM DE CURSOS D’ÁGUA

GILBERTO BRUNO OLIVEIRA SILVEIRA

ENGENHEIRO AGRONOMO

2009

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGROECOSSISTEMAS





Dissertação apresentada à Universidade

Federal de Sergipe, como parte das exigências

do Curso de Mestrado em Agroecossistemas,

área de concentração Sustentabilidade em

Agroecossistemas, para obtenção do título de

“Mestre”.

Orientador

Prof. Dr. Francisco Sandro Rodrigues Holanda

SÃO CRISTÓVÃO

SERGIPE – BRASIL

2009

0

00n

Silveira, Gilberto Bruno Oliveira

Degradação de geomantas para utilização na estabilização de taludes em

margem de cursos d’água / Gilberto Bruno Oliveira Silveira. – São Cristóvão,

2009.

101f. : il.

Dissertação (Mestrado em Agroecossistemas) – Programa de Pós-

Graduação e Estudos em Recursos Naturais, Pró-Reitoria de Pós-Graduação e

Pesquisa, Universidade Federal de Sergipe, 2009.

Orientador: Dr. Francisco Sandro Rodrigues Holanda.

1. Agroecossistemas. 2. Erosão marginal – Rio São Francisco.

3. Degradação ambiental. 4. Monitoramento ambiental.

I. Título.

CDU 000.00(000.000.0):000.000:000





Dissertação apresentada à Universidade

Federal de Sergipe, como parte das

exigências do Curso de Mestrado em

Agroecossistemas, área de concentração

Sustentabilidade em Agroecossistemas,

para obtenção do título de “Mestre”.

APROVADA em 29 de Setembro de 2009.

Prof. Dr. Alceu Pedrotti - DEA

Universidade Federal de Sergipe

Prof. Dr. Antônio Américo Cardoso Júnior - DCF


Prof. Dr. Francisco Sandro Rodrigues Holanda – NEREN-DEA/UFS


(Orientador)

SÃO CRISTÓVÃO

SERGIPE – BRASIL

Dedicatória

A menininha do meu coração,

minha pequena filha Ana Beatriz

tão importante para esta conquista.

Agradecimentos

A Deus, pela presença constante em minha vida e que nos momentos mais

conturbados “conduz-me junto as águas refrescantes e restaura as forças da minha

alma”.

A minha amada esposa e amiga Vânia, pela infinita contribuição e paciência,

compreendendo os momentos que passei, sorrindo e chorando ao meu lado.

Ao Professor Dr. Francisco Sandro Rodrigues Holanda pela amizade,

companheirismo e por me depositar confiança mesmo quando esta não tenha sido

retribuída a altura.

Ao Núcleo de Pós-Graduação e Estudos em Recursos Naturais – NEREN, por

oportunizar o curso de mestrado em Agroecossistemas.

Aos colegas do Grupo de Pesquisa em Gestão Hidroambiental do Baixo São

Francisco, Renisson Neponuceno, Karen Viviane, Marcela Battesini, Helber Gualberto,

pelos quais agradeço aos demais, grandes companheiros e sem dúvidas estão dando os

primeiros passos para se tornarem grandes pesquisadores.

Aos amigos da turma, dos quais destaco Igor Rocha, pela afinidade criada, foram

bons momentos de construção a vocês o meu muito obrigado.

Ao professor e amigo Dr. Genésio Tâmara Ribeiro, sempre me incentivando na

caminhada.

Aos companheiros da Multiagro, que supriram minha ausência e sempre

torcendo por esta conquista.

Ao amigo Rafael Franco pela presença constante e a contribuição neste trabalho;

Aos amigos e confrades pelos incentivos e por entenderem minha ausência.

Aos Professores e Técnicos Laboratoristas do Laboratório de Tecnologia da

Madeira no Departamento de Engenharia Florestal da Universidade Federal do Paraná –

UFPR pelo apoio incondicional na realização dos ensaios.

A minha irmã Nizia Carla grande incentivadora desde os primeiros rabiscos da

infância até os dias de hoje.

Aos meus sobrinhos Manuella, José Anderson e Aissa Ester, que me recobrem

de responsabilidade me elegendo como exemplo.

A minha mãe que alem de amor, carinho e disciplina ainda me presenteou com o

tesouro do conhecimento.

SUMÁRIO

RESUMO .......................................................................................................................... i

ABSTRACT ..................................................................................................................... ii

CAPÍTULO 1 ................................................................................................................... 3

1 Introdução ...................................................................................................................... 3

2 Referencial Teórico ....................................................................................................... 7

2.1 Problemática da degradação em cursos d’água .......................................................... 7

2.2 Métodos de Controle de Erosão................................................................................ 10

2.2.1 Métodos Empíricos ................................................................................................ 11

2.2.2 Enrocamentos ........................................................................................................ 12

2.2.3 Bioengenharia de Solos ......................................................................................... 12

2.5 Degradações dos materiais ....................................................................................... 17

2.6 Agentes de Degradação ............................................................................................ 19

2.7 Mecanismos de degradação dos geossintéticos ........................................................ 19

2.7.1 Degradação pela Radiação Ultravioleta ................................................................ 19

2.7.2 Degradação Biológica ........................................................................................... 20

2.7.3 Degradação por Temperatura ................................................................................ 21

2.7.4 Degradação por Danos Mecânicos ........................................................................ 22

2.7.5 Degradação por Hidrólise ...................................................................................... 22

2.8 Procedimentos de Degradação.................................................................................. 23

2.8.1 Degradação Natural ............................................................................................... 23

2.8.2 Degradação Acelerada em Laboratório ................................................................. 25

2.8.3 Procedimentos de Degradação Acelerada em Laboratório.................................... 25

3 Referências Bibliográficas ........................................................................................... 29

CAPÍTULO 2: Comportamento de geomantas de fibra de coco submetidas à degradação

natural em campo e degradação acelerada em laboratório. ............................................ 36

1 Resumo ........................................................................................................................ 36

CHAPTER 2: Coconut fiber geotextile behavior under natural degradation and

laboratorial sped up. ....................................................................................................... 37

2 Abstract ........................................................................................................................ 37

3 Introdução .................................................................................................................... 38

4 Materiais e Métodos .................................................................................................... 40

4.1 Caracterização da Geomanta .................................................................................... 40

4.2 Ensaios de degradação .............................................................................................. 41

4.3 Preparação das Amostras .......................................................................................... 42

4.4 Procedimentos de Degradação em Laboratório ........................................................ 43

4.4.1 Exposição à Radiação Ultravioleta ........................................................................ 43

4.4.2 Ciclos de Saturação e secagem .............................................................................. 43

4.5 Procedimentos de degradação em Campo (degradação natural) .............................. 44

4.6 Ensaios Mecânicos de Resistência ........................................................................... 46

4.6.1 Ensaios de Resistência a tração não confinada ...................................................... 46

4.6.2 Ensaios de resistência ao puncionamento .............................................................. 47

5 Resultados e Discussão ................................................................................................ 49

5.1 Ensaios de resistência a tração não confinada .......................................................... 49

5.2 Materiais Intactos ..................................................................................................... 56

5.3 Degradação Natural em Campo ............................................................................... 57

5.4 Degradação acelerada em laboratório...................................................................... 58

5.5 Ensaios de Resistência ao Puncionamento Estático ................................................. 59

6 Conclusões ................................................................................................................... 61

7 Recomendações ........................................................................................................... 62


CAPÍTULO 3: Comportamento de geomantas de Fibra de sisal submetidas à

degradação natural em campo e degradação acelerada em laboratório. ......................... 66

1 Resumo ........................................................................................................................ 66

2 Abstract ........................................................................................................................ 67

3 Introdução .................................................................................................................... 68

4 Materiais e Métodos .................................................................................................... 70

4.1 Caracterização do Geotêxtil ..................................................................................... 70

4.2 Ensaios de degradação .............................................................................................. 71

4.3 Preparação das Amostras .......................................................................................... 72

4.4 Procedimentos de Degradação em Laboratório ........................................................ 72

4.4.1 Exposição à Radiação Ultravioleta ........................................................................ 72

4.4.2 Ciclos de Saturação e Secagem ............................................................................. 73

4.5 Procedimentos de degradação em Campo (degradação natural) .............................. 74

4.6 Ensaios Mecânicos de Resistência ........................................................................... 75

4.6.1 Ensaios de Resistência a tração não confinada ...................................................... 76

5 Resultados e Discussão ................................................................................................ 77

5.1 Ensaios de resistência a tração não confinada .......................................................... 78

5.1.1 Materiais Intactos .................................................................................................. 84

5.1.2 Degradação Natural em Campo ............................................................................. 84

5.1.3 Degradação acelerada em laboratório.................................................................... 86

6 Conclusões ................................................................................................................... 87

7 Recomendações ........................................................................................................... 87


i

RESUMO

Silveira, G. B. O. Degradação de geomantas para utilização na estabilização de taludes

em margem de cursos d’água. 90p. (Dissertação – Mestrado em Agroecossistemas).

Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE.

A demanda crescente por recursos hídricos tem levado à exploração dos sistemas

hídricos, as ações antrópicas têm alterado a sua dinâmica natural. A erosão marginal dos

cursos d’água é uma realidade principalmente pela suscetibilidade dos solos das

encostas dos mananciais, fator que tende a interferir seriamente nos agroecossistemas

ribeirinhos. Dentre os diferentes métodos de contenção desse tipo de erosão vem se

destacando a bioengenharia de solos que consiste no uso de elementos biologicamente

ativos em obras de estabilização de solos e sedimentos. Dentre os materiais construtivos

os geossintéticos vem apresentado crescente utilização. Neste sentido, o presente

trabalho apresenta um estudo experimental para avaliação do comportamento de

geomantas constituídos de fibra de coco e fibra de sisal, submetidos à diferentes

métodos de degradação. As geomantas, foram expostas a processos de degradação

natural no campo e acelerada no laboratório. No laboratório foram realizados

procedimentos de degradação por exposição à radiação ultravioleta e ciclos de saturação

e secagem. Foi realizada a avaliação da variação dos principais parâmetros dos

materiais com o tempo e procedimentos de degradação. Os parâmetros foram obtidos

através de ensaios de resistência à tração não-confinada e de resistência ao

puncionamento estático. Os resultados mostram a redução da resistência mecânica nas

geomantas estudadas, devido aos processos de degradação aplicados, além de mudanças

no aspecto visual dos materiais. Dos materiais estudados a geomanta de fibra de coco

mostra-se com baixa resistência a degradação natural em campo, já a geomanta de fibra

de sisal apresenta uma maior resistência à degradação natural em campo.

Palavras-chave: talude de rio, fibra de coco, fibra de sisal.

__________________

Orientador: Francisco Sandro Rodrigues Holanda – UFS

ii

ABSTRACT

Silveira, G. B. O. Geotextile degradation to use at slope stabilization at water bodies

margin.. 2009. XXp. (Dissertation – Master Program in Agroecosystems).

Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE.

The increasing demand for water resources has led to the exploration of the

hydrological systems, the atrophic actions has modified its natural dynamics. The

erosion of the water courses margins is a reality mainly for the susceptibility of the

riverbank soils, factor that tends to intervene seriously with riverine agroecossistems.

Between the different methods to contain this type of erosion, the soil bioengineering

has been detaching. These techniques consists on use of biological active elements in

workmanships of soil and sediment stabilization. The geosynthetics come presented

increasing use, earning prominence those that are manufactured with vegetal staple

fibres. In this way, the present work presents an experimental study for evaluation of

geotextile behavior constituted by coconut fiber and sisal fiber, submitted to the

different methods of degradation. Geotextile had been displayed the natural degradation

in situ and sped up degradation in the laboratory. In the laboratory procedures of

degradation for exposition to the ultraviolet radiation and cycles of saturation and

drying had been carried through. It was carried through the evaluation of the variation

of the main parameters of the materials with the time and procedures of degradation.

The parameters had been gotten through assays of not-confined tensile strenght and

resistance to the static punctionning.

Keywords: geomantas, degradação, fibra de coco, fibra de sisal..

__________________

Adviser: Francisco Sandro Rodrigues Holanda – UFS

3

CAPÍTULO 1

1 Introdução

A degradação ambiental ocorre em toda parte, com maior ou menor intensidade,

dependendo das técnicas utilizadas na exploração dos recursos naturais, e a preocupação

local com a manutenção desses recursos. Isso tem gerado uma série de danos, não só ao

ambiente natural, como aos seres humanos, que têm convivido com toda a sorte de risco

(GUIMARÃES, 2004). A demanda crescente por recursos hídricos tem levado à

exploração dos sistemas hídricos, com ênfase no manejo insustentável das bacias

hidrográficas que de forma indiscriminada as ações antrópicas têm alterado a sua

dinâmica natural. Assim, afetando a condição de estabilidade dos curso d’água e

maculando o seu equilíbrio.

A erosão marginal é um componente da erosão hídrica e decorre das alterações

na dinâmica fluvial quando esta quebra seu equilíbrio natural. Consiste na remoção dos

materiais do barranco do rio pela ação de correntes, ondas ou por forças de origem

externa, e precipitação pluviométrica, podendo ser desencadeada pela ação antrópica

como obras de construção civil, substituição da mata ciliar pelo cultivo, urbanização e a

exploração de alúvios (HOLANDA et al, 2003). Contribui no incremento da carga de

fundo dos rios, provocando destruição progressiva da área marginal (CASADO, 2000).

O risco advém da suscetibilidade dos solos a erosão e ao tipo de uso que lhes é dado

principalmente nas faixas marginais de preservação permanente.

Para os agroecossistemas que estão implantados em regiões ribeirinhas, os

efeitos da erosão fluvial podem se tornar um fator de desestabilização da

sustentabilidade principalmente em rios cujo ciclo hidrológico foi alterado pela

construção de barragens e ocorrem variações bruscas e constantes no regime de vazão,

desestabilizando os taludes marginais. A realidade dos processos erosivos que atingem

os cursos d’água, sobretudo daqueles que sofreram maiores perturbações, tem levado a

adoção de práticas de controle sejam por métodos empíricos de iniciativa da população

ribeirinha ou pela adoção de obras de engenharia ou uso da bioengenharia de solos

(OLIVEIRA, 2006).

A possibilidade de controle da erosão marginal se apresenta de diversas formas,

na região do Baixo São Francisco destacam-se duas delas: o uso de enrocamentos,

4

embora apresentem uma boa eficiência no controle da erosão, são bastante onerosas,

impossibilitando o seu uso de forma ampla em toda a margem do rio, e o uso da

bioengenharia de solos, técnica eficiente, economicamente viável, menos agressiva ao

ambiente e que promove o envolvimento das populações ribeirinhas na sua implantação

e condução (ROCHA, 2006).

A bioengenharia de solos consiste no uso de elementos biologicamente ativos

em obras de estabilização de solos e sedimentos. Esses elementos podem ser vegetação,

conjugados a elementos inertes. As técnicas de bioengenharia vão desde a utilização de

apenas materiais de construção vivos (vegetação herbácea, arbustiva e arbórea), aos

consórcios com geotêxteis, concreto, madeira, ligas metálicas, retentores orgânicos de

sedimentos e sistema de confinamento celular de polietileno. Entretanto, deve-se evitar

a utilização de materiais de construção rígidos como aço, concreto e plástico, devendo

ser limitados em seções em que os métodos vegetativos se mostrem inadequados para a

prevenção da erosão (GRAY e SOTIR, 1996). Os autores citados realizaram estudos

utilizando a bioengenharia de solos em margens de corpos d'água, o uso de estruturas

rígidas para a proteção da faixa de oscilação da cota do rio, a exemplo de enrocamentos,

gabiões e colchões-reno.

O consórcio de elementos vegetais vivos com materiais inertes nas técnicas de

bioengenharia de solos, une a vegetação com componentes construtivos madeira,

pedras, estruturas de metal, concreto e geotêxteis (SUTILI, 2009). Os geosintéticos são

produtos poliméricos, sintéticos ou naturais, industrializados e desenvolvidos para

aplicação em obras de Engenharia Civil (COSTA et al, 2007).

Grande quantidade de geossintéticos tem sido desenvolvida e utilizada com

sucesso no controle de erosões. Esses produtos podem, basicamente, ser classificados

em dois grandes grupos de materiais: os temporários e os permanentes. A composição

básica dos geossintéticos temporários se baseia em componentes sintéticos ou naturais,

que fornecem controle temporário contra a erosão e facilitam o estabelecimento da

vegetação (THEISEN, 1992).

As geomantas ou biomantas são goessintéticos temporários, tridimensionais,

flexíveis e altamente porosas. Foram concebidas para reter o solo e se associar com o

sistema radicular da vegetação conforme o desenvolvimento desta se processe. Uma vez

consolidado o sistema proporciona resistência ao fluxo e retenção do solo. As diferenças

entre estes produtos e as geomantas preenchidas com solo para controle de erosão são

5

muito pequenas. Estas mostram-se mais densa e menos espessas, e são dispostas no

terreno já associadas com solo de preenchimento. As geomantas para reforço da

vegetação são dispostas sobre o terreno e depois preenchidas (semeadas) e cobertas com

solo vegetal (ABINT, 2004).

As fibras vegetais para a produção de geomantas (biomantas) vêm sendo mais

utilizadas, por demonstrarem uma combinação de boas propriedades mecânicas e

vantagens ambientais. O interesse está relacionado com as propriedades e características

das fibras vegetais, podendo-se destacar o baixo custo, baixa densidade, flexibilidade no

processamento e uso de sistemas simples quando o tratamento superficial se faz

necessário. Além disso, as fibras vegetais são fontes renováveis (MORAIS et al., 2006).

Como trata-se de uma material temporário, responsável por auxiliar o controle

da erosão e a revegetação da área, torna-se importante conhecer suas propriedades

físicas, químicas e mecânicas. As fibras vegetais podem sofrer degradação devido a

agentes biológicos, meios ácidos e alcalinos, absorção de umidade. Radiação

ultravioleta e temperatura. Os componentes lignocelulósicos das fibras vegetais

respondem de diferentes formas aos meios citados. O processo de degradação

fotoquímica por luz ultravioleta, por exemplo, ocorre quando as fibras são expostas a

ambientes externos. A degradação ocorre inicialmente na lignina, que é responsável

pela mudança de cor na fibra. Em comparação a lignina, a celulose é muito menos

suscetível a degradação UV, em contrapartida, as hemiceluloses e a celulose são mais

suscetíveis a altas temperaturas (MOHONTY, 2000 citado por RODRIGUES, 2007).

O principal objetivo do estudo da degradação dos materiais é prever o

comportamento dos materiais em longo prazo, para que seja possível definir sua vida

útil, ou seja, sua durabilidade. Através do estudo da durabilidade é possível definir e

adequar à utilização dos materiais de construção em função das características

intrínsecas e do meio ambiente exógeno (SALLES, 2006).

A exposição aos diversos fatores climáticos é uma das principais causas de

degradação dos geotêxteis, podendo provocar alterações estruturais nos materiais e,

conseqüentemente, afetar a sua durabilidade. Ao ar livre, encontram-se

permanentemente sujeitos à ação de diversos fatores climáticos, tais como a radiação

solar, as variações de temperatura, a chuva, a umidade, o gelo, o vento, entre outros

(CARNEIRO et al., 2006).

6

Os polímeros apresentam uma gama de propriedades e em muitas aplicações

estão sujeitos ao intemperismo. Assim, como os ensaios de ação de intemperismo se

baseiam causa e efeito, nem sempre é tão simples se identificar a causa, uma vez que ela

esta ligada ao meio em onde o material esta inserido, requerendo preparação e

planejamento adequados, inerentes às características intrínsecas do material (ROSA,

1996). Quando o procedimento de degradação é realizado colocando-se os materiais em

contato direto com o meio natural, denomina-se Degradação Natural. Quando o

procedimento de degradação é realizado sob condições de laboratório, denomina-se

Degradação Acelerada, associado ao processo de intemperismo artificial (CUNHA

2006).

Quando se fala em agentes externos deve-se levar em conta o conjunto de fatores

atuantes, concomitantemente ou não, que degradará o material, isto é, a ação dos raios

ultravioleta, do vento, da umidade, do frio, do calor, da chuva, entre outros. Tais fatores

e a sua repetibilidade determinarão a degradação do material (CUNHA, 2006).

A degradação artificial é realizada em laboratório procurando-se simular

condições ambientais adversas por meio de componentes elementares: luz ultravioleta,

calor, umidade e oxigênio, que atuam sobre os materiais provocando a degradação. Os

ensaios de envelhecimento acelerado possuem a vantagem da rapidez, fornecendo dados

sobre o provável desempenho do material ao longo da sua vida útil. Nestes ensaios, são

simuladas as condições de exposição do material, porem com intensidades elevadas, de

modo a acelerar o processo de degradação. Apesar da vantagem da rapidez, pode

fornecer resultados imprecisos, em função de mecanismos paralelos ocorridos nas

amostras (SILVA, 2002). Os processos de degradação acelerada podem ser monitorados

pelas mudanças no estado físico e propriedades mecânicas dos materiais. Os ensaios

convencionais de tração e flexão e as técnicas de análises térmicas mostram-se bastante

úteis para este fim (RODRIGUES, 2007).

Nesse sentido esse trabalho objetiva à avaliação do comportamento de materiais

geomantas em função aos processos de degradação. Foram utilizados geomantas de

fibra de coco e fibra de sisal utilizadas na estabilização de taludes em margem de cursos

d’água, submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada em

laboratório buscando compreender o comportamento destes materiais e a sua

durabilidade, orientado a sua utilização em obras de controle de erosão.

7

2 Referencial Teórico

2.1 Problemática da degradação em cursos d’água

Ao longo das últimas décadas, a conscientização da necessidade de compreender

a inter-relação entre as atividades humanas e o meio ambiente vem crescendo. A

dinâmica do mesmo é freqüentemente modificada por atividades antrópicas, as quais

vêm acentuando processos naturais ou criando novos, com sérias implicações de ordem

natural, social e econômica (BRENDA et al., 2007).

A degradação ambiental ocorre em toda parte, com maior ou menor intensidade,

dependendo das técnicas utilizadas na exploração dos recursos naturais, e a preocupação

local com a manutenção desses recursos. Isso tem gerado uma série de danos, não só ao

ambiente natural, como aos seres humanos, que têm convivido com toda a sorte de risco

(GUIMARÃES, 2004).

Como condição de estabilidade de um curso d’água entende-se o equilíbrio entre

a ação do escoamento sobre o leito do rio e a resistência ao movimento (erosão) dos

materiais (sedimentos) que o constituem. Este equilíbrio é atingido pela interação entre

o escoamento da água e sedimentos provenientes da bacia hidrográfica contribuinte,

considerando-se a evolução das seções, traçado e declividades dos cursos de água

(MACCAFERRI, 2001). O risco advém da suscetibilidade dos solos à erosão e ao tipo

de uso que lhes é dado principalmente nas faixas marginais de preservação permanente

(CASADO, 2000; HOLANDA et al., 2003).

O propósito fundamental da estabilização e proteção de margens de cursos

d’água, sob o ponto de vista hidráulico, é manter a seção do curso d’água estável e

dentro dos limites estabelecidos para sua utilização, seja como via de navegação

(proteção de portos, ancoradouros e acesso a eclusas), componente de um sistema de

drenagem (proteção de pistas de tráfego junto às margens, pontes, encontros e acessos),

aproveitamento hidrelétrico (proteção de tomadas d’água e estruturas de descarga) ou

abastecimento de água (proteção de propriedades às margens do curso d’água)

(BRIGHETTI e MARTINS, 2001).

A erosão marginal, como componente da erosão fluvial, é uma variável da

dinâmica dos cursos d´água, definida como o “ recuo linear das margens”, devido à

remoção dos materiais do barranco (talude) pela ação fluvial (correntes, ondas) ou por

forças de origem externa (precipitação).

8

Bandeira (2005), afirma que os cursos d’água se encontram sempre em busca do

seu perfil de equilíbrio, erodindo seus leitos em determinados pontos, transportando

sedimentos de um ponto a outro e depositando em trechos à jusante.

Rios aluviais e reservatórios freqüentemente ajustam seus padrões de geometria

e encaminhamento através de processos naturais de transporte de sedimentos. Se ficar

descontrolada, no entanto, irá induzir mudanças grandes na sua geometria e limites.

(NICKLOW, 2001)

As grandes barragens e formação de grandes reservatórios construídas nos

canais fluviais, na medida em que estabelecem um novo regime hidrosedimentológico,

induzem a um novo comportamento morfodinâmico para o rio, considerado como as

responsáveis primárias pela atual fase de erosão marginal acelerada e de disseminação

de focos erosivos (BANDEIRA, 2005).

A retenção de sedimentos promovida pelas barragens pressupõe uma descarga

líquida mais leve, conseqüentemente, com maior energia, o que acentua o processo de

erosão marginal e no leito do rio, se constituindo em uma resposta do sistema fluvial às

alterações hidrosedimentológicas do canal devido aos efeitos geomorfológicos à jusante

das barragens (GUIMARÃES, 2004)

Soewarno e Hardjosuwarno (2008) concluíram que a sedimentação em

reservatórios e cursos água é um processo natural. No entanto, relataram que a

sedimentação pode ser reforçada pelas atividades antropogênicas como desmatamento e

má gestão da zona ribeirinha. Muitos reservatórios do mundo têm sido cobertos com

sedimentos e a sua função para o armazenamento e escoamento alteradas (runoff).

Segundo Fontes (2002), após a construção da barragem de Sobradinho (BA), no

Sub-médio São Francisco, foram iniciadas as mudanças sócio-ambientais no Baixo São

Francisco. As barragens causaram entre outros impactos, modificações na hidrologia e

na geomorfologia dos canais. Santos (2002) relatou que outro problema de grande

relevância, proveniente da construção da barragem da Usina Hidrelétrica de Xingó, em

1994, foi a acentuação da erosão dos taludes das margens do rio, conseqüência da

destruição de grande parte dos diques de proteção.

Segundo Rocha et al. (2003), na bacia do Alto Paraná, pode-se observar que

houve uma nítida alteração de magnitude no regime hidrológico do alto rio Paraná.

Estes autores têm associado à alteração, em parte, ao efeito do controle de débitos pelas

9

grandes barragens na bacia, e em parte, aos processos de uso e ocupação nas encostas.

Monbeig (1984) citou relatos dos colonos durante os anos 1920 a 1940, que afirmavam

que após o desmatamento da área era comum o aumento da água nas propriedades. Tal

fato demonstra o papel da vegetação (retenção de água) no ciclo hidrológico.

Obras de engenharia em canais fluviais possuem a particularidade de não só

afetar a área de influência direta, mas também o ambiente de toda a bacia hidrográfica.

A construção de uma grande estrutura de engenharia representa um impacto localizado

de grande magnitude sobre o vale do rio, e, mais do que isto, representa a deflagração

de uma reação em cadeia de outros impactos. Estas modificações no meio ambiente,

sem duvida, são de naturezas distintas e não ocorrem com a mesma intensidade,

variando de um local para outro (FONTES, 2002).

A modificação brusca no regime hídrico e a alteração no comportamento de

descarga e transporte da carga sólida de um rio têm contribuído para um forte

desequilíbrio, gerando impactos ambientais em todo o vale como a aceleração da erosão

nos taludes marginais (SANTOS, 2002). Bandeira (2005) afirmou que entre os

problemas ambientais do baixo curso do Rio São Francisco, resultante da intervenção

antrópica, a erosão na sua margem se destaca pela sua visibilidade, amplitude,

distribuição e conseqüências sócio-econômicas, associada ao assoreamento do leito do

rio e à devastação da mata ciliar para o cultivo das terras próximas às margens.

Segundo Oliveira (2006), para os agroecossistemas que estão implantados em

regiões ribeirinhas, os efeitos da erosão fluvial podem se tornar um fator de

desestabilização da sustentabilidade principalmente em rios cujo ciclo hidrológico foi

alterado pela construção de barragens e ocorrem variações bruscas e constantes no

regime de vazão, desestabilizando os taludes marginais. Bandeira (2005) comentou que

a erosão marginal tem destruído no baixo São Francisco os diques de proteção contra as

cheias, casas, obras de engenharia e estradas, diminuindo a área dos perímetros

irrigados e de faixas de terra agricultáveis, implicando na perda de produção agrícola e

piscícola, decréscimo da produtividade, inundação de povoados e ônus extras com obras

de infra-estrutura. A manifestação mais drástica dos processos erosivos vem ocorrendo

na foz do rio, onde o recuo da margem levou à destruição do povoado Cabeço. Fontes

(2002) identificou 57 focos de erosão nas margens do rio São Francisco.

10

2.2 Métodos de Controle de Erosão

Em seus estudos, Araujo et al. (2005) afirmam que 15% das terras do mundo se

encontram degradadas como resultados das atividades humanas (ISRIC/UNEP, 1991).

Segundo os autores, os principais tipos de degradação consistem em: perda da camada

superior do solo, proveniente da erosão hídrica (39% das áreas degradadas); perda de

nutrientes do solo (28%); e deformação do terreno pela erosão hídrica (12%).

Bandeira (2005), a erosão dos solos afeta as águas com o aporte de sedimentos,

carregados de nutrientes, provocando a eutrofização, o assoreamento de rios, barragens

e lagos, bem como contaminação por resíduos químicos.

Segundo Bandeira (2005) o controle da erosão marginal se apresenta de diversas

formas, a exemplo o uso de enrocamentos que, embora com boa eficiência, são bastante

onerosos, impossibilitando o seu uso de forma ampla, em toda a margem do rio. De

maneira empírica, os ribeirinhos se têm valido de várias soluções, como do uso de

pneus, palha de coco, sacos de areia e vários materiais sintéticos, como mantas de

polietileno que além de não produzirem o efeito desejado no controle da erosão, trazem

problemas para a recuperação da vegetação ciliar e degradam a paisagem, importante

atrativo turístico na região (HOLANDA et al., 2008).

Araújo et al. (2005) afirmam que, na maioria dos casos, o que se observa na

prática são obras de recuperação sem levar em conta a dinâmica do relevo, ou seja, sem

considerar como uma determinada forma de relevo evoluiu, bem como um determinado

impacto ambiental associado chegou a acontecer. Dessa forma, tais obras acabam,

muitas vezes, durando pouco tempo ou, então, seu custo pode ser superestimado ou até

mesmo subestimado.

A área atingida quase sempre tem alguma implicação geomorfológica e, nesse

sentido, a análise das formas de relevo, dos processos associados e dos materiais

constituintes, quando bem caracterizada, tem tudo para que a obra seja bem-sucedida,

evitando gastos futuros, bem como colocando em risco a segurança da população que

vivem em seu entorno (ARAÚJO et al., 2005). Os autores orientam que não se deve

considerar apenas os processos que ocorrem no leito dos rios, porque grande parte dos

sedimentos que eles transportam é oriunda de áreas situadas mais a montante, vindos

das encostas, que fazem parte da bacia hidrográfica. Portanto, qualquer dano que

aconteça numa bacia hidrográfica vai ter conseqüências diretas ou indiretas sobre os

11

canais fluviais.

A prevenção e o controle da erosão dependem do entendimento da mecânica do

seu processo. A erosão é basicamente um processo que envolve o destacamento da

partícula, o seu transporte e deposição. Com isso a proteção faz-se necessária, por

diminuir as forças de tração ou de arrasto e aumentar a resistência à erosão através da

proteção/ reforço da superfície com uma cobertura adequada ou pelo aumento da força

de ligação entre as partículas.

2.2.1 Métodos Empíricos

Segundo Alvarenga e Souza (1997), perder o solo é perder a chance de recuperar

o estabelecimento do ecossistema ou manejá-lo satisfatoriamente. A erosão pode ser

controlada ou evitada observando-se alguns princípios básicos. Esses princípios são

universalmente aplicáveis, devendo ser observados independente do tipo de medida

(convencional ou de bioengenharia) que será contemplada.

Segundo Araújo et al. (2005), muitos produtos e medidas de controle da erosão

foram introduzidos, sendo mais eficientes quando aplicados seguindo os princípios da

manutenção de baixa velocidade do escoamento superficial, do desvio do escoamento

para fora das encostas íngremes e de áreas desprotegidas, e do aproveitamento da

vegetação nativa do local sempre que possível, entre outros.

Bandeira (2005), durante campanhas de campo, verificou alternativas adotadas

pela população local na tentativa de solucionar o problema do avanço da erosão

marginal no rio São Francisco. Alguns materiais observados foram palhas de coqueiro,

borracha de câmaras de ar entrelaçada e pneus velhos. A autora ainda comenta que

durante as cheias do inicio de 2004, os irrigantes preocupados com o aumento de vazão

e conseqüente avanço das águas do rio em seus lotes, também improvisaram algumas

soluções como a utilização de manta de polietileno aliada a sacos cheios de areia ou, em

alguns casos, somente sacos de areia. Também é relatado que a CODEVASF deu inicio,

em 1999, a estudos sobre a utilização de bambu (Bambusa vulgaris) na contenção da

erosão marginal, mas sem resultados conclusivos.

Estes métodos além de não produzirem o efeito desejado no controle da erosão

trazem problemas para a recuperação da vegetação ciliar, assim como impactam a

paisagem, também importante componente como atrativo turístico na área (GOMES,

12

2005).

2.2.2 Enrocamentos

Os enrocamentos são obras de engenharia usadas para o controle da erosão,

sendo um, entre vários, dos métodos de proteção das margens dos rios, também

chamado de RSP (Rock Slope Protection) ou “riprap”. Consiste em uma ou mais

camadas de pedra que são colocadas ao longo das margens do rio ou beirando mares e

lagos como forma de prevenir a erosão. Cada camada é graduada de acordo com

porcentagens especificadas, dentro de padrões de tamanhos variados. Os enrocamentos

são flexíveis e as rochas podem se mover para posições mais estáveis pela força do

fluxo da água, ações das ondas ou da gravidade, sem necessariamente comprometer a

estabilidade de todo o talude, e o solo pode naturalmente preencher os vazios entre as

rochas (RACIN et al., 2000).

Para Teixeira (2006) os enrocamentos ou rip-raps consistem no simples

revestimento de taludes com pedras ou blocos artificiais, objetivando a formação de um

maciço de pedras arrumadas ou jogadas; ou blocos arrumados, destinados a proteger

aterros, encostas, taludes, margens de rios, dos efeitos da erosão.

Os enrocamentos quando submetidos a uma variação de tensões, sofrem

transformações estruturais devida ao deslocamento, rotação e quebra de partículas. Para

ter em conta estas variações e a sua influência nas características de deformação e

resistência é necessário estudar a distribuição das forças de contato e os fundamentos da

quebra de partículas (CRUZ, 1996). Nesta situação, há a necessidade de implantar

dispositivos para impedir o solapamento da base da camada por erosões do fluxo do rio

e, conseqüentemente, na ruptura da camada de enrocamento de proteção.

A espessura do revestimento e as dimensões das pedras devem ser tais que

resistam ao movimento causado pela correnteza e evitem a erosão do solo da base


2.2.3 Bioengenharia de Solos

Entre as atuais técnicas utilizadas para o controle dos processos erosivos está a

bioengenharia de solos. Esta técnica consiste no uso de elementos biologicamente ativos

13

em obras de estabilização do solo e sedimentos. Esses elementos podem ser vegetação,

conjugados a elementos inertes como: rochas, concreto, madeira, ligas metálicas,

polímeros naturais e sintéticos, biotêxteis dentre outros (KRÜEDENER, 1951;

SCHIELTZ e STERN, 1996).

Segundo Schiechlt e Stern (1996), as técnicas de bioengenharia devem ser

utilizadas como medidas de proteção e recuperação de margens de corpos d água para

suplementar os métodos convencionais de engenharia civil a fim de se obter uma maior

eficiência da obra. E ressaltam que, sob certas condições, técnicas de bioengenharia

podem substituir inteiramente métodos tradicionais, demonstrando-se ainda mais

efetivos que estas técnicas.

Os autores citados realizaram estudos utilizando a bioengenharia de solos em

margens de corpos d'água, o uso de estruturas rígidas para a proteção da faixa de

oscilação da cota do rio, a exemplo de enrocamentos, gabiões e colchões-reno.

Para Sutili (2007) a bioengenharia apresenta-se como alternativa aos modelos

tradicionais, trazendo soluções aos problemas, quando corretamente empregadas,

trazendo ganhos estéticos e ecológicos e normalmente uma maior viabilidade

econômica.

As funções e efeitos de uso de técnicas de bioengenharia englobam três

aspectos: técnico, estético e econômico. Existem muitas pesquisas no campo da

bioengenharia nos EUA e Europa sobre o controle de erosão de vertentes em estradas,

reservatórios de água e canais artificiais, superfícies de campos agrícolas, grandes

voçorocas, taludes ou vertentes de morros, e até como aprimoramento estético urbano

(GRAY e SOTIR, 1996).

No Brasil, ainda há pouca utilização e pesquisa, e ainda assim estas são restritas

a reservatórios artificiais e taludes em estradas. A utilização em grandes rios é bastante

complicada devido à complexidade da erosão fluvial nestes ambientes, que envolve

vários agentes, fatores e processos, sendo extremamente difícil quantificar suas causas,

seja ela natural ou induzida pelo homem. Para a aplicação desta técnica em grandes rios,

é necessário anteriormente, que sejam trabalhadas pesquisas científicas com ensaios

experimentais em diferentes situações (GOMES, 2005).

Segundo Gray e Sotir (1995), toda erosão apresenta um aspecto visual negativo

mostrando sinais de abandono, perigo e degradação ambiental, e na maioria das vezes

14

carreando sedimentos para os cursos d’água, contribuindo para assoreá-los e

lavando/retirando a camada fértil de solo (SILVA 2008).

Sutili (2007), concluiu que os problemas que a bioengenharia de solos pretende

mitigar ou solucionar estão na dependência de uma série de fatores processuais

condicionantes, como, por exemplo: o clima, a geologia, o solo, a hidrografia e a

vegetação local. Esses fatores condicionantes e seus agentes (água, vento, temperatura e

homem) devem ser precisamente considerados.

2.3 Geossintéticos

Costa et al. (2007) definem os geosintéticos como produtos poliméricos,

sintéticos ou naturais, industrializados e desenvolvidos para aplicação em obras de

Engenharia Civil.

De acordo com a NBR 12.553: Geossintéticos – Terminologia (ABNT, 1997), os

geossintéticos podem exercer uma ou mais funções em uma obra de engenharia, como

as destacadas a seguir:

Separação – evitar a mistura ou interação de materiais adjacentes;

Reforço – utilização das propriedades mecânicas de um geossintético para a

melhoria do comportamento mecânico de uma estrutura geotécnica;

Proteção – limitação ou prevenção de danos a elementos de obras geotécnicas;

Drenagem – coleta e condução de um fluido pelo corpo de um geossintético;

Filtração – retenção de um solo ou de outras partículas, permitindo a passagem

livre do fluido em movimento;

Impermeabilização – Bloqueio ou desvio de fluidos;

Controle de erosão superficial – prevenção de erosão superficial de partículas

de solo devido a escoamento superficial de um fluido.

A cada dia, novos geossintéticos são desenvolvidos. Deste modo alguns ainda

não foram devidamente definidos ou classificados (CUNHA, 2006). A Figura 1

apresenta exemplos dos geossintéticos mais utilizados em obras de acordo com a NBR

15

12.553: Geossintéticos – Terminologia (ABNT, 1997).

Figura 1. Geossintéticos empregados com maior freqüência em obras geotécnicas

(VERTEMATTI, 2004).

Geocompostos Geocélula

Geogrelhas Georrede

GeoTêxtil não-tecido

agulhado

Geomembrana

Geomanta Tela para Gabião Geodreno

GeoTêxtil tecido

16

2.4 Geomantas

Figura 2. Geossintéticos para controle de erosão (VERTEMATTI, 2004).

Quando são de natureza temporária, os geossintéticos, que podem ser chamados

de TERMS (Temporary Erosion and Revegetation Materials), facilitam o

desenvolvimento da vegetação quando degradados. A composição básica dos TERMS

se baseia em componentes sintéticos ou naturais, que fornecem controle temporário

contra a erosão e facilitam o estabelecimento da vegetação (THEISEN, 1992).

A aplicação das mantas sobre a superfície a ser recuperada confere proteção

imediata contra o efeito dos agentes erosivos e dos processos de deslocamento e

mobilização de partículas, como: áreas recém-terraplenadas, taludes de corte e aterro,

dunas não estabilizadas, margem de rios e canais, áreas com recobrimento deficiente da

vegetação, proteção de dispositivos de drenagem, áreas de disposição de resíduos

industriais, aterros sanitários e quais quer superfícies de solo desprotegidas contra a

ação dos processos erosivos (DEFLOR, 2006).

À medida que os geossintéticos criam condições para o restabelecimento dos

elementos orgânicos das encostas e da vida na superfície do solo, promovem a

renovação da qualidade visual do cenário (FORTES, 2000). A composição, a escolha

deve ser realizada com base nas necessidades de cada projeto de recuperação e proteção

ambiental.

Geossintéticos para controle de erosões

Temporários Permanentes

Associados a materiais inertes

Redes de Juta, fibras vegetais, etc.

Georredes ou Geogrelhas.

Associados a vegetação

Geomanta para reforço da vegetação Geomantas preenchidas com solo para controle de erosão. Geocélulas preenchidas com

solo e vegetação

Geocélula preenchida com brita ou concreto Sistemas de Blocos articulados Gabiões e enrocamento Geoformas preenchidas com

argamassa

17

A fibra de coco, também chamada COIR, é uma massa fibrosa castanho-

avermelhada contida entre a casca externa do coco e o invólucro externo do núcleo. O

coqueiro, palma de coco ou “coconut palm” é talvez a árvore mais conhecida dos

trópicos e uma das mais importantes economicamente. O coqueiro cresce nas costas

arenosas através dos trópicos e na maioria das regiões subtropicais. O côco é cultivado e

utilizado na Índia e na Ásia Continental há pelo menos 3000 anos e chegou ao Brasil

pela colonização portuguesa (PINO, 2005).

Amim et al. (2001), citados por Santos (2006), afirmam que as fibras do coco

são constituídas de matérias lignocelulósicas, obtidos do mesocarpo do côco (Cocus

nucifera), possuem grande durabilidade, atribuída ao alto teor de lignina (41 a 45%),

quando comparadas com outras fibras naturais. As fibras normalmente devem ser

adicionadas em matérias cujo processamento seja inferior a 220ºC, pois acima dessa

temperatura, observa-se a degradação das mesmas. As fibras vegetais apresentam um

menor custo, são materiais de fonte renovável e biodegradável.

O sisal é uma das fibras naturais mais utilizadas mundialmente, sendo o Brasil

um dos maiores produtores. A utilização principal da fibra de sisal é na fabricação de

cordas, barbantes, tapetes, saco, bolsas, bem como em artesanato; além disso tem

utilização industrial na fabricação de pastas celulósica, que dá origem ao papel Kraft, de

alta resistência , e a outros tipos de papel fino. O sisal tem apresentado uma serie de

vantagens que já estão viabilizando sua aplicação em várias indústrias do ramo

automobilístico e da construção civil no Brasil (FÁVARO et al., 2006).

2.5 Degradações dos materiais

A degradação dos geossintéticos pode ser entendida como qualquer reação

química destrutiva dos polímeros, que pode ser causada por agentes físicos, químicos

e/ou biológicos (MATHEUS, 2002).

Berna (1991), afirmou que a degradação como qualquer processo produzido pela

interação entre um material e um ambiente, alterando a estrutura do material e de suas

propriedades dimensionais, mecânicas, elétricas, químicas ou térmicas.

De Paoli (2008), definiu degradação como sendo qualquer reação química que

altera a qualidade de interesse de um material polimérico ou de um composto

polimérico. Como “qualidade de interesse” entende-se a característica inerente ao uso

18

de um determinado artefato polimérico. Podem ser considerados, por exemplo, a

flexibilidade, a resistência elétrica, o aspecto visual, a resistência mecânica, a dureza,

etc.

Os polímeros podem sofrer degradação através de vários mecanismos e pode

acontecer de forma rápida ou gradual, o que vai depender das condições a que estes

estão submetidos e, principalmente, da sua natureza química (MORAES, 2006).

O principal objetivo do estudo da degradação dos materiais é prever o

comportamento dos materiais em longo prazo, para que seja possível definir sua vida

útil, ou seja, sua durabilidade. Através do estudo da durabilidade é possível definir e

adequar à utilização dos materiais de construção em função das características

intrínsecas e do meio ambiente exógeno (SALLES, 2006).

A degradação causa uma modificação irreversível nas propriedades dos

materiais poliméricos, sendo evidenciada pela deterioração progressiva de suas

propriedades, incluindo o seu aspecto visual (CUNHA, 2006). A degradação é desejável

quando se trata de processos de reciclagem em materiais biodegradáveis (RABELLO,

2000). Quando se trata de polímeros naturais com função definida em tempo.

A degradação das fibras vegetais surge como resultado da perda de aderência

química ou mecânica, ou seja, pela quebra das ligações de hidrogênio das moléculas

celulares, deterioração das microfibrilas e/ou fibrilas da fibro-célula (TOLEDO, 1993).

Abramento (1995) relatou que a degradação da geomanta está relacionada à

durabilidade e ao comportamento a longo prazo destes em obras civis, que podem ser

avaliados de Três maneiras:

por meio da avaliação do desempenho do material durante e após a sua

utilização (exumação e ensaios);

por meio de simulações em laboratório;

por meio da verificação da durabilidade do polímero constituinte a partir de

métodos utilizados em outras áreas industriais, onde também se utilizem

materiais poliméricos.

Um dos maiores problemas a ser enfrentado é a baixa resistência à degradação

oxidativa na etapa de processamento e/ou na exposição prolongada ao intemperismo

19

(AGINELLI, 1992). O mesmo autor sugere ainda que se deva avançar no conhecimento

dos mecanismos que conduzem à degradação, permitindo que eficientes sistemas de

estabilização sejam formulados.

2.6 Agentes de Degradação

A degradação de um material polimérico pode ser causada pela ação de um ou

mais agentes (CUNHA, 2006). Nas degradações por agentes combinados, a análise

torna-se muito complexa, caracterizando em geral situações muito severas. Os

principais agentes de degradação de materiais poliméricos são:

Agentes físicos: radiação e outras radiações (raios α, β e γ), temperatura e atrito

mecânico intenso (danos mecânicos)

Agentes químicos: água, ácidos, bases, solventes e outros agentes químicos,

oxigênio, ozônio e poluentes atmosféricos.

Agentes biológicos: microorganismos, tais como fungos e bactérias.

2.7 Mecanismos de degradação dos geossintéticos

O principal objetivo dos ensaios de degradação é submeter o material à

exposição no campo e no laboratório, para posterior determinação da variação das

propriedades físicas, químicas e mecânicas do material em diferentes níveis de

degradação (SALLES, 2006).

Segundo Carneiro et al. (2006), a exposição aos diversos fatores climáticos é

uma das principais causas de degradação dos geotêxteis, podendo provocar alterações

estruturais nos materiais e, conseqüentemente, afetar a sua durabilidade. Ao ar livre,

encontram-se permanentemente sujeitos à ação de diversos fatores climáticos, tais como

a radiação solar, as variações de temperatura, a chuva, a umidade, o gelo, o vento, entre

outros.

2.7.1 Degradação pela Radiação Ultravioleta

Existem muitas evidências que o mais importante fator ambiental responsável

pela degradação dos materiais poliméricos é a radiação solar, especialmente a radiação

20

ultravioleta presente no espectro solar (ROSA, 1996).

Cunha (2006) mencionou que os polímeros reagem de maneira diferente à

fotodegradação, podendo-se ter variações de sensibilidade a tal efeito, que resultam das

diferenças em suas estruturas moleculares e composição química.

Feldman (2002) afirmou que a exposição à luz solar é considerada como uma

das principais causas de degradação prematura de vários polímeros. A radiação solar

que atinge a superfície terrestre possui comprimentos de onda compreendidos entre os

295 nm e os 3000 nm. No entanto, apenas as faixas com comprimentos de onda situados

na zona ultravioleta (295-400 nm) são suficientemente energéticos para iniciar o

processo de degradação polimérica dos geotêxteis.

A radiação ultravioleta (comprimento de onda entre 100 e 400 nm,

correspondente a cerca de 5% da radiação solar) é uma das principais fontes causadoras

da degradação em polímeros (RABELLO, 2000).

Berre e Lala (1989), citados por Rodrigues (2007), argumentaram que a radiação

ultravioleta é um dos fatores mais efetivos para a degradação dos materiais orgânicos

através da fotooxidação. Esse é um fator decisivo com respeito ao tempo de vida de

polímeros que são expostos ao tempo. A radiação ultravioleta causa modificações

químicas irreversíveis que afetam as propriedades mecânicas de materiais orgânicos.

Essa degradação pode tornar os materiais quebradiços com perda de resistência e

mudança de cor.

2.7.2 Degradação Biológica

A biodegradação de um polímero é o processo natural em que materiais

poliméricos no meio são convertidas a componentes simples, tais como carbono e

nitrogênio, que serão posteriormente mineralizados e redistribuídos através de ciclos

elementares. Podemos dizer também que a biodegradação dos polímeros é um processo

no qual bactérias, fungos e leveduras utilizam suas enzimas que consomem substâncias

destes como fonte de alimento modificando a forma original do material até seu

desaparecimento (ROSA, 2002).

Para Lodi (2003) a degradação biológica resulta da ação de microorganismos

vivos em contato ou próximos aos geossintéticos. Esses organismos podem ser plantas,

21

animais, ou protistas. Sua cinética e modo de ação dependem, sobretudo, da atividade

dos organismos (nutrição e reprodução).

Abramento (1995) comentou que em alguns ambientes a ação de

microorganismos é mais acentuada que em outros, como no caso dos aterros sanitários,

quando o material fica inserido em um ambiente susceptível a vários agentes

microbiológicos. Vários são os fungos e bactérias que ficam alojados no interior ou na

superfície dos geossintéticos. No entanto, não são observadas mudanças significativas

de comportamento dos geossintéticos antes e após a permanência em ambiente com a

presença de fungos ou bactérias (MATHEUS, 2002). Toledo (1993) observou que a

longa exposição das fibras vegetal a ambientes úmidos leva à sua decomposição

biológica.

2.7.3 Degradação por Temperatura

De um modo geral os materiais geossintéticos não apresentam grandes

problemas relacionados à temperatura do ponto de vista da degradação, a menos que

sejam submetidas a altas temperaturas de trabalho (MATHEUS, 2002).

Rodrigues (2007) apontou como uma desvantagem dos polímeros naturais a

baixa temperatura de processamentos das fibras devido a possibilidade de degradação a

temperaturas superiores a 200º C.

A temperatura, além de ser responsável pela ativação da oxigenação, é também a

responsável pela velocidade da degradação. Os ensaios desenvolvidos para este caso,

também chamados de envelhecimento acelerado, consistem basicamente em se colocar

as amostras em uma estufa com temperatura controlada. A temperatura é aumentada

gradativamente até que ocorra a deterioração da amostra, definida pela alteração da

aparência, peso, ou outras propriedades característica dos geossintéticos (KOERNER,

1994).

Os ensaios também podem ser realizados com temperatura constante. Para

alguns polímeros a temperatura utilizada é igual a sua temperatura de transição vítrea,

que é a temperatura a partir da qual o material amorfo readquire gradualmente sua

mobilidade. A temperatura é aplicada por um determinado intervalo de tempo, até que a

propriedade principal do polímero analisado se modifique. Os dados de tempo,

temperatura e resistência são inseridos no modelo de Arrhenius e extrapolados para

22

tempos longos. Tem-se, então, uma previsão de tempo que aquele material a uma

temperatura igual a 20º C, vai levar para ter sua resistência diminuída de 50%. Este

ensaio é normalizado pela norma UL 746B, 1979 – Polymeric Materials – Long Term

Property Evaluations (MATHEUS, 2002).

2.7.4 Degradação por Danos Mecânicos

Conhecidos na literatura como danos de instalação, os danos mecânicos podem

ser definidos como todo tipo de alterações que o material sofre devido aos esforços

provenientes do manuseio, instalação, compactação do solo sobrejacente e outros tipos

de esforços ocorridos durante a fase de serviço (CUNHA, 2006).

O dano mecânico pode ser definido como a transformação da estrutura do

geossintético causada por esforços durante o manuseio e instalação do material e

durante a compactação do solo sobrejacente (SIEIRA, 2007).

Para Tretini e Vidal (2002) durante o processo de instalação, os geossintéticos

estão sujeitos a danos mecânicos, provocados principalmente por queda de materiais

pontiagudos, passagem de máquinas e operários e pela própria seqüência construtiva da

obra.

Estes danos são avaliados pela exumação de espécimes do material recém

instalado e ensaios para comparação de resistência mecânica no material intacto. Desta

forma pode-se determinar o fator de redução definido pela relação entre a resistência do

material intacto e a resistência do material danificado (MATHEUS, 2002).

2.7.5 Degradação por Hidrólise

Abramento (1995) explicou que a hidrólise se dá com a ruptura das cadeias

moleculares poliméricas pela ação das moléculas de água. Com o passar do tempo os

polímeros geralmente apresentam uma tendência à absorção de água. Afirma ainda que

ambiente neutro não há problema de degradação, porém em ambientes altamente ácidos

ou alcalinos a degradação por hidrólise pode acontecer.

Os ensaios de degradação por hidrólise utilizam técnicas de concentração e

temperaturas elevadas para acelerar o processo, como, por exemplo, a análise da perda

de resistência de geotêxtil não-tecido de poliéster por hidrolise em meio alcalino ou por

23

hidrólise em outros tipos de ambientes degradantes, comparando-se amostras virgens

com amostras degradadas (MATHEUS, 2002).

2.8 Procedimentos de Degradação

Para um material submetido à degradação, com o tempo é possível verificar e

quantificar o nível de deterioração e o conseqüente nível de redução das propriedades

iniciais (CUNHA, 2006).

Rosa (1996) ressaltou que os polímeros apresentam uma gama de propriedades e

em muitas aplicações estão sujeitos ao intemperismo. Assim, como os ensaios de ação

de intemperismo se baseiam em causa e efeito, nem sempre é tão simples se identificar a

causa, uma vez que ela esta ligada ao meio em onde o material esta inserido, requerendo

preparação e planejamento adequados, inerentes às características intrínsecas do

material.

2.8.1 Degradação Natural

Ranby e RabeK (1975), citados por Rosa (1996), relataram que as primeiras

exposições de polímeros ao meio ambiente fora realizadas utilizando-se matérias

durante suas aplicações, tendo sido considerado a princípio, como fator básico da

avaliação, apenas a localização geográfica. À medida que a pesquisa avançava outros

fatores, tais como a direção da exposição da amostra à radiação solar e o ângulo de

inclinação destas amostras, passaram a ser levado em conta. A partir de então surgiram

vários métodos para avaliação da resistência de materiais expostos ao meio ambiente,

geralmente destinados a aplicações específicas.

Martins (2000) destacou que cuidados especiais devem ser tomados em relação

às etapas de instalação dos geossintéticos ou em ambientes particularmente agressivos,

como no caso de solos orgânicos ou de elevada salinidade.

Agenelli et al. (1992) mencionaram que um dos maiores problemas a ser

enfrentado na utilização de polímeros é a baixa resistência a degradação quando em

exposição prolongada a intempéries.

Quando se fala em agentes externos deve-se levar em conta o conjunto de fatores

atuantes, concomitantemente ou não, que degradará o material, isto é, a ação dos raios

24

ultravioleta, do vento, da umidade, do frio, do calor, da chuva, entre outros. Tais fatores

e a sua repetibilidade determinarão a degradação do material (CUNHA, 2006).

Feldman (2002) relatou que a degradação que ocorre ao ar livre sob a ação da

radiação solar e na presença de oxigênio depende da natureza do polímero, do

comprimento de onda da radiação UV incidente, da intensidade da radiação e de outros

fatores como a temperatura, a umidade e a presença de espécies metálicas. A

degradação natural dos materiais poliméricos é acelerada pelo aumento da temperatura e

pela existência de um alto teor de umidade. Embora a água não seja destrutiva por si

própria, faz com que o oxigênio dissolvido esteja em permanente contacto com os

materiais, estando deste modo mais facilmente disponível para promover a oxidação. Os

materiais expostos ao ar livre encontram-se freqüentemente molhados devido à

ocorrência de condensação na sua superfície (orvalho) e à chuva (CARNEIRO et al.,

2005). Os autores ainda destacam que as condições climáticas de determinado local

podem sofrer variações de ano para ano ou durante as diferentes estações do ano. A

exposição no Verão, devido às elevadas temperaturas e ao aumento da radiação UV que

atinge a superfície terrestre, é mais severa para os materiais que no Inverno. A radiação

UV incidente varia dependendo do local geográfico, da existência de nuvens e/ou

nevoeiro, da proximidade de ambientes industriais, entre outros fatores. Assim, é

indispensável que exista um monitoramento contínuo de alguns parâmetros

meteorológicos, tais como a radiação UV incidente, a temperatura, a umidade relativa, a

quantidade de chuva, a velocidade do vento, entre outros. Apenas deste modo é possível

comparar os resultados obtidos num dado local geográfico com resultados obtidos

noutros locais ou mesmo com resultados obtidos em simuladores laboratoriais.

Gabriela (2006), estudando formas de quantificar a radiação UV e a influência

de parâmetros temporais, geográficos e atmosféricos, concluiu que a posição geográfica

tem influencia marcante sobre a sazonalidade dos níveis de raios UV e que cidades

localizadas mais próximas a linha do equador apresentam níveis praticamente

constantes durante todo o ano, já as cidades mais ao sul apresentam diferenças

marcantes de inverno a verão.

Carneiro (2006) observou alteração na cor de geotêxteis submetidos à

degradação natural, atribuída ao acúmulo de pequenas partículas nas fibras. Observou

também que após 3 e 6 meses de exposição o material não apresentava nenhum sinal de

degradação, e que, aos 9 meses de exposição era possível observar a liberação de

25

pequenos pedaços de fibras indicando a ocorrência de despolimerização. Após 12 meses

de exposição o autor observou que a estrutura apresentava-se bastante danificada tendo

ocorrido diminuição considerável da espessura do material.

2.8.2 Degradação Acelerada em Laboratório

A degradação artificial é realizada em laboratório procurando-se simular

condições ambientais adversas por meio de componentes elementares: luz ultravioleta,

calor, umidade e oxigênio, que atuam sobre os materiais provocando a degradação.

De acordo com Rosa (1996), não existe um consenso sobre degradação

acelerada em laboratório, pois alguns opositores a esse tipo de procedimento afirmam

que a diversidade de situações encontradas na natureza e suas interações com o material

são as maiores razões para a complexidade dos processos de degradação. Desta forma,

as condições escolhidas em laboratório produzem apenas algumas condições peculiares.

Porém, cabe ressaltar que os testes de degradação artificial, quando comparados com

aqueles encontrados em campo, em situações reais de uso, podem produzir boas

correlações que auxiliam na definição da vida útil dos materiais.

2.8.3 Procedimentos de Degradação Acelerada em Laboratório

Vários tipos de equipamentos vêm sendo desenvolvidos visando a simulação de

condições ambientais diversas. Estes equipamentos podem ser desde uma simples

bancada para ensaios de choque térmico até complexas instalações automáticas, usadas

para avaliação do comportamento de materiais pela ação em conjunto ou individual de

unidade de calor, luz e agentes atmosféricos diversos (ROSA, 1996).

2.8.3.1 Radiação Ultravioleta

Segundo Cunha (2006) os atuais testes com radiação ultravioleta são realizados

com equipamentos denominados Weather-Ometer, os quais reproduzem condições

climáticas semelhantes àquelas encontradas na natureza. Assim, as amostras dos

materiais poliméricos são submetidas a ciclos de exposição com luz, temperatura e

umidade.

26

Suits e Hsuan (2003), citados por Matheus (2002), especificaram os métodos

ASTM D5970 e D4355 e o método de ensaio GM11 do GRI (Geosynthetics Research

Institute) para a fotodegradação de geossintéticos. O método de ensaio GM11 utiliza

lâmpadas fluorescentes com emissão de raios ultravioleta e apresenta uma pequena

diferença no ciclo de ensaio quando comparada à metodologia proposta pelo método

ASTM G53 (atual G154).

Rabelo (2000) apontou que as vantagens da degradação acelerada fazendo uso

da da radiação UV são a rapidez e reprodutibilidade do ensaio, enquanto sua grande

desvantagem é a dificuldade de correlacionar os dados obtidos com as condições

naturais, além da não uniformidade de exposição em diferentes locais da peça,

diminuição na emissão de UV com o tempo de uso, maior custo, limitação de espaço

físico entre outras.

Gabriela (2006) encontrou dificuldade em comparar a degradação por raios

ultravioleta de diferentes polímeros, pois os ensaios encontrados na literatura não

continham as mesmas condições de estudo, como tempo de exposição e intensidade da

lâmpada utilizada, ou ainda havia ausência dessas informações.

Carneiro (2006), submetendo geotêxteis à degradação acelerada em laboratório

através de raios UV intercalados com simulação de chuvas, observou que após 350

horas de exposição que ocorreu uma severa degradação obtendo uma resistência nula a

tração.

Cazzuffi et al. (1994), citados por Cunha (2006), relataram que vários ensaios

têm sido realizados para quantificar a intensidade de danos causados a materiais

poliméricos, chegando a resultados que demonstram haver boas correlações entre perdas

de resistência para situações de campo e laboratório. Os ensaios também mostram que

cerca de 2000 horas de exposição aos raios ultravioleta UV-B degradam completamente

polímeros tais como o poliéster o polipropileno, e ainda que, fatores como estrutura das

fibras dos geotêxteis e espessuras de geomenbranas e geogrelhas são importantes e

podem influenciar na degradação, visto que, a radiação ultravioleta atinge os materiais

em uma camada superficial.

Gabriela (2006) analisou os resultados do modelo UVGAME para irradiâncias

solar UV comparando com os valores da potência usada no envelhecimento de

polímeros submetidos a ensaios de resistência na literatura, evidenciando sua

27

degradação. Esta comparação mostrou que, em relação aos fluxos UV, o poliestireno,

por exemplo, tem vida útil 30% maior nos meses de menor incidência de radiação solar

(jun/jul/ago) do que nos meses de verão. Também foi possível observar que nos meses

de inverno o poliestireno pode se degradar, em média, 52% a mais em cidades de maior

latitude, como Porto Alegre, comparada a cidades de maior latitude, como Manaus.

2.8.3.2 Ciclos de Saturação e Secagem

Minette (1982) afirmou que este procedimento é utilizado normalmente para

materiais rochosos. Tenta reproduzir, no laboratório, a alteração do material provocada

pelas variações da umidade e da temperatura do material no campo. As condições de

alteração no laboratório não são as mesmas que as condições de alteração no campo. No

entanto, os resultados indicados na literatura, mostram que o procedimento pode ser

representativo das condições de alteração no campo.

2.9 Ensaios de Resistência Mecânica

As propriedades mecânicas de polímeros são medidas em ensaios de tração,

flexão, compressão ou impacto. Usam-se corpos de prova com dimensões padronizadas

e definidas por normas. A variação das propriedades mecânicas fornece evidências

indiretas do processo de degradação, pois muitas vezes não há interesse nas mudanças

químicas que estão ocorrendo, ou não há como detectá-las diretamente (De PAOLI,

2008).

2.9.1 Resistência a tração não confinada

George (1995), trabalhando com poliestireno relatou que este material apresenta

uma rápida perda de resistência a tração quando tracionada em 20% de seu limite. Foi

observada em uma comparação de duas semanas que o poliestireno exposto com tensão

perdeu 40% da resistência a tração, enquanto o poliestireno exposto naturalmente

perdeu 4%.

Joseph et al., (2003) citados por Rodrigues (2007), afirmaram que as

propriedades mecânicas dependem da orientação das fibras, no qual o desempenho

estrutural pode ser avaliado por análises mecânicas na direção do alinhamento das fibras

28

em diferentes frações de volumes das fibras.

Martins (2000) observou que o comportamento tensão-deformação dos

geossintéticos é afetado em larga escala pelos efeitos de fluência e por sua maior ou

menor resistência a quaisquer danos de natureza física, química ou biológica.

Tretini e Vidal (2002) atribuíram o comportamento mecânico extremamente

heterogêneo dos polímeros à forma de como estão arranjados, ou como são solicitados,

assim explicando a influência decisiva da variação estrutural dos polímeros.

Martins (2000) realizou teste de resistência a tração em cinco tipos de

geotêxteis, encontrando em todos os testes valores de resistência as trações inferiores

aos valores mencionados nos catálogos dos fabricantes.

Carneiro (2006) testou a resistência mecânica de geotêxteis submetidos a

degradação natural e concluiu que houve uma drástica diminuição da resistência com o

decorrer do tempo de exposição, mostrando impacto negativo dos agentes do clima na

durabilidade do material. Após 12 meses de exposição o material apresentava uma

resistência residual de apenas 6% indicando uma elevada degradação da estrutura

polimérica.

2.10.2 Resistência ao Puncionamento Estático

Os geotêxteis quando estão em contato com material granular graúdo podem

ficar sujeitos a esforços de compressão localizados. Neste caso, os esforços de

compressão gerados por grãos isolados podem causar sua perfuração (VERTEMATTI,

2004).

As biomantas quando utilizadas no auxilio a contenção de erosão do solo, estão

sujeitas a esforços localizado de compressão pelo transito de animais e pessoas, este são

definidos como esforços de puncionamento. Essa característica pode ser medida pelo

ensaio de resistência ao puncionamento estático ou dinâmico (VERTEMATTI, 2004).

29

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36

CAPÍTULO 2: Comportamento de geomantas de fibra de coco

submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada

em laboratório.

1 Resumo

A erosão marginal representa um dos mais importantes processos de degradação

das margens do trecho sergipano do Rio São Francisco. Tais processos erosivos

constituem uma realidade que reduz a área dos agroecossistemas ribeirinhos. Os

processos erosivos que atingem os cursos d’água, tem levado a adoção de práticas de

controle. Dentre os diferentes métodos de contenção desse tipo de erosão vem se

destacando a bioengenharia de solos que consiste no uso de elementos biologicamente

ativos em obras de estabilização de solos e sedimentos. Dentre os materiais construtivos

os geossintéticos vêm apresentando crescente utilização. A utilização de fibras vegetais

para a produção de geomantas (biomantas) tem crescido por apresentar uma

combinação de adequadas propriedades mecânicas e vantagens ambientais. Neste

sentido, o presente trabalho apresenta um estudo experimental para avaliação do

comportamento de geomantas constituídas de fibra de coco submetidos à diferentes

métodos de degradação. As geomantas foram expostas a processos de degradação

natural no campo e acelerada no laboratório. No laboratório foram realizados

procedimentos de degradação por exposição à radiação ultravioleta e ciclos de saturação

e secagem. Foi realizada a avaliação da variação dos principais parâmetros dos

materiais com o tempo e procedimentos de degradação. Os parâmetros foram obtidos

através de ensaios de resistência à tração não-confinada e de resistência ao

puncionamento estático. Os resultados mostram a redução da resistência mecânica nas

geomantas estudadas, devido aos processos de degradação aplicados, além de mudanças

no aspecto visual dos materiais. A geomanta de fibra de coco mostra-se com baixa

resistência a degradação natural em campo, e com moderada resistência aos

procedimentos de degradação em laboratório.

Palavras chave: Geotêxtil, Controle de Erosão, Bioengenharia de Solos.

37

CHAPTER 2: Coconut fiber geotextile behavior under natural

degradation and laboratorial sped up.

2 Abstract

The riverbank erosion represents one of most important degradation problems at

São Francisco’s riverbank at Sergipe state. Such erosive processes constitute a reality

that reduces the agroecossystems area. The erosive processes that reach the water

courses, have taken the adoption of practical of control. Between the different methods

to control this type of erosion it comes detaching soil bioengineering, that consists of

the use of biological active elements in workmanships in soil and sediments

stabilization. The geosynthetics come presented increasing use, earning prominence

those that are manufactured with vegetal staple fibres. These geotextile has increase for

presenting an ambient combination of adequate mechanical properties and advantages.

In this way, this work presents an experimental study for evaluation of the behavior of

coconut fiber geotextile to the different methods of degradation. Geotextile had been

displayed the natural degradation in situ and sped up degradation in the laboratory. In

the laboratory procedures of degradation for exposition to the ultraviolet radiation and

cycles of saturation and drying had been carried through. It was carried through the

evaluation of the variation of the main parameters of the materials with the time and

procedures of degradation. The parameters had been gotten through assays of not-

confined tensile strenght and resistance to the static punctionning. The results show the

reduction of mechanical resistance in geotextile studied, had to the applied processes of

degradation, beyond changes in the visual aspect of the materials. Coconut fiber

geotextile reveals with low resistance to the natural degradation “in situ”, and with

moderate resistance to the procedures of degradation in laboratory.

Keywords: Geotexile, Erosion Control, Soil Bioengineering.

38

3 Introdução

A erosão marginal, como componente da erosão fluvial, é uma variável da

dinâmica dos cursos d´água, definida como o “recuo linear das margens”, devido à

remoção dos materiais do barranco (talude) pela ação fluvial (correntes, ondas) ou por

forças de origem externa (precipitação). Bandeira (2005) destaca que a erosão marginal

tem destruído, no Baixo São Francisco, os diques de proteção contra as cheias, casas,

obras de engenharia e estradas, diminuindo a área dos perímetros irrigados e de faixas

de terra agricultáveis, implicando na perda de produção agrícola e piscícola, decréscimo

da produtividade, inundação de povoados e ônus extras com obras de infra-estrutura.

Nesse trecho da Bacia Hidrográfica do Rio São Francisco esse é um dos mais

importantes processos de degradação das suas margens, causa e efeito da retirada da

vegetação ciliar, demandando ações de controle para a estabilização dos taludes

marginais.

A realidade dos processos erosivos que atingem os cursos d’água, sobretudo

daqueles que sofreram maiores perturbações, tem levado a adoção de práticas de

controle sejam por método empíricos por iniciativa da população ribeirinha ou pela

adoção de obras de engenharia ou uso da bioengenharia de solos.

O propósito fundamental da estabilização e proteção de margens de cursos

d’água, sob o ponto de vista hidráulico, é manter a seção do curso d’água estável e

dentro dos limites estabelecidos para sua utilização, seja como via de navegação

(proteção de portos, ancoradouros e acesso a eclusas), componente de um sistema de

drenagem (proteção de pistas de tráfego junto às margens, pontes, encontros e acessos),

aproveitamento hidrelétrico (proteção de tomadas d’água e estruturas de descarga) ou

abastecimento de água (proteção de propriedades às margens do curso d’água)


A possibilidade de controle da erosão marginal se apresenta de diversas formas.

Destacam-se duas delas: o uso de enrocamentos, embora apresentem uma boa eficiência

no controle da erosão, são bastante onerosas, impossibilitando o seu uso de forma ampla

em toda a margem do rio, e o uso da bioengenharia de solos, técnica eficiente e

economicamente viável, menos agressiva ao ambiente e que promove o envolvimento

das populações ribeirinhas na sua implantação e condução (ROCHA, 2006).


39



apenas materiais de construção vivos (vegetação herbácea, arbustiva e/ou arbórea), aos




ser limitados em seções em que os métodos vegetativos se mostrem inadequados para

prevenção da erosão (GRAY e SOTIR, 1996). As geomantas potencializam os efeitos

protetores da vegetação na redução de processos erosivos, permitindo o estabelecimento

da vegetação em situações adversas (CEMIG, 2002). As geomantas são tridimensionais,

flexíveis e altamente porosas. Foram concebidas para reter o solo e permitir o adequado

desenvolvimento do sistema radicular da vegetação presente na área. Uma vez

consolidado, o sistema proporciona resistência ao fluxo e retenção do solo. As

diferenças entre estes produtos e as geomantas preenchidas com solo para controle de

erosão são muito pequenas. Estas mostram-se mais densa e menos espessas, e são

dispostas no terreno já associadas com solo de preenchimento. As geomantas para

reforço da vegetação são dispostas sobre o terreno e depois preenchidas (semeadas) e

cobertas com solo vegetal (VERTEMATTI, 2004).

A utilização de fibras vegetais para a produção de geomantas (biomantas) são,

geralmente, por demonstrarem uma combinação de boas propriedades mecânicas e




necessário. Alem disso, as fibras vegetais são fontes renováveis (MORAIS et al., 2006).

Segundo os autores os polímeros podem sofrer degradação através de vários

mecanismos podendo acontecer de forma rápida ou gradual, a depender das condições a

que estes estão submetidos e, principalmente, da sua natureza química.

O interesse por fibras vegetais está relacionado com as propriedades e

características das fibras vegetais, podendo-se destacar o baixo custo, baixa densidade,

flexibilidade no processamento e uso de sistemas simples quando o tratamento

superficial se faz necessário. Alem disso, as fibras vegetais são fontes renováveis. A

rigidez do material é de enorme importância para a sua estabilidade. Usualmente

podemos comparar o comportamento mecânico das fibras pelo seu módulo da

40

elasticidade (Morais et al., 2006).

Apresenta-se de grande importância o conhecimento sobre a resistência dessas

fibras para um melhor planejamento de uso, principalmente devido ao fato de que as

geomantas estão, em condições de campo, sujeitas a suportar movimentos de massa de

solo nos taludes dos cursos d´água. Esse fato remete à necessidade de se conhecer como

se dá a sua degradação ao longo do tempo de implantação da vegetação ciliar. A

degradação manifesta-se através da redução da resistência mecânica devido à ação dos

agentes físicos, químicos e biológicos (FARJALLAT, 1972 citado, por SALLES, 2006).

A importância do estudo da degradação dos materiais se mostra na possibilidade

de se prever o comportamento dos materiais em longo prazo, para que seja possível

definir sua vida útil, ou seja, sua durabilidade. Através do estudo da durabilidade é

possível definir e adequar à utilização dos materiais de construção em função das

características intrínsecas e do meio ambiente exógeno (SALLES, 2006).

Os ensaios de degradação submetem o geotêxtil ou geomanta à exposição no

campo e/ou no laboratório, para posterior determinação da variação das propriedades

físicas, químicas e mecânicas do material em diferentes níveis de degradação. Nesse

sentido esse trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento de geomantas de

fibra de coco submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada em


durabilidade, orientado a sua utilização em obras de controle de erosão e cursos d’água.

4 Materiais e Métodos

4.1 Caracterização da Geomanta

Para a realização dos testes de resistência foi utilizado a geomanta do tipo Tela

Fibrax 300BF, constituído em 100% por fibras de coco, entrelaçadas e incorporadas em

redes de polipropileno nos dois lados, por meio de costura longitudinal, com fios

biodegradáveis de polipropileno, com espaçamento de 5 cm entre os fios e de 6 cm entre

os pontos, formando uma trama (Figura 1), fornecidas pela empresa Deflor

Bioengenharia. Esse tipo de manta é costumeiramente utilizado em projetos de

contenção de taludes em áreas suscetíveis à erosão. Vários estudos já realizados,

(HOLANDA et al, 2008; SANTANA, 2008) comprovaram que a utilização das

41

geomantas para estabilização dos taludes conjugados com materiais inertes

apresentaram resultados significativos.

FIGURA 1: Especificações técnicas fornecidas pelo fabricante da geomanta do tipo

Tela Fibrax 300BF (DEFLOR, 2006).

4.2 Ensaios de degradação

Os ensaios de degradação dos corpos de prova da geomanta de fibra de coco

Fibrax 300BF foram realizados de forma natural em campo e de forma acelerada em

laboratório, o desenvolvimento dos ensaios de degradação se deram a partir do

especificado no Quadro 1.

QUADRO 1: Programa de ensaios mecânicos, tipos e níveis de degradação.

Ensaios

Mecânicos

Tipo de

Degradação

Nível de degradação

0 1º 2º 3º 4º

Resistência à

tração Não-

Confirmada

Intacto ( 5 )

Natural (dias) 90 180 -

( 5 ) ( 5 ) -

Ciclos de

Umidade

(horas)

100 200 360 720

( 5 ) ( 5 ) ( 5 ) ( 5 )

C-UV B (horas) 240 480 1000 2000

( 5 ) ( 5 ) ( 5 ) ( 5 )

Resistência ao

Puncionamento

Intacto ( 5 )

Natural (dias) 90 180 -

( 5 ) ( 5 ) -

Ciclos de

Umidade

(horas)

100 200 360 720

( 5 ) ( 5 ) ( 5 ) ( 5 )

C-UV B (horas) 240 480 1000 2000

( 5 ) ( 5 ) ( 5 ) ( 5 )

42

( ) refere-se ao número de corpos de prova para cada processo experimental.

O desenvolvimento dos ensaios de degradação conduziu-se a partir de quatro

fases:

1. Preparação do material a ser estudado, com a obtenção dos corpos de provas;

2. Degradação das amostras de forma natural no campo e de forma acelerada em

laboratório;

3. Avaliação dos parâmetros que caracterizam o comportamento do material

intacto, degradado em campo e degradado em laboratório;

4. Realização da análise dos resultados e avaliação do comportamento.

Das amostras submetidas a esta pesquisa após os processos de degradação,

foram obtidos corpos de provas intactos, ou seja, que não sofreram degradação pelos

processos apresentados, corpos degradados naturalmente, estes foram instalados em um

sítio experimental, onde sofreu degradação do meio e por último os que passaram pelos

processos de aceleração da degradação em laboratório, ciclos de saturação e secagem e

raios ultravioletas.

As amostras após passarem pelos processos de degradação foram submetidas a

ensaios de mecânicos como forma de testar sua resistência.

4.3 Preparação das Amostras

Os corpos de provas foram retirados a partir de bobinas da geomanta no tamanho

comercial, com dimensão de 20 cm de largura e 50 cm de comprimento, obtidas de

forma longitudinal a direção principal da bobina. Para corpos de prova submetidos à

degradação natural instalaram-se as geomantas em um talude marginal. Dos corpos de

provas obtidos cinco (05) foram mantidos intactos e os demais submetidos aos

procedimentos de degradação. Em seguida os corpos de provas intactos e degradados

foram submetidos aos ensaios mecânicos. Para o ensaio de tração não confinada os

corpos de provas foram recortados obedecendo a NBR 12824 ficando com as dimensão

de 20 cm de largura e 30 cm de comprimento da mesma forma os corpos que foram

submetidos aos ensaios de puncionamento estático, obedecendo ao descrito na NBR

13359 foram recortados com 7 cm de diâmetro.

43

4.4 Procedimentos de Degradação em Laboratório

4.4.1 Exposição à Radiação Ultravioleta

Para a realização deste ensaio foi construído no laboratório de Erosão e

Sedimentação do solo do Departamento de Engenharia Agronômica da Universidade

Federal de Sergipe, um aparato de degradação por radiação ultravioleta (Figura 2), o

equipamento mede 0,80 m de largura, 1,10 m de comprimento e 0,80 de altura, possui

um banco de radiação ultravioleta com duas fontes de radiação, que permite uma

capacidade para 18 corpos de provas medindo 50 cm de comprimento por 20 cm de

largura, os corpos de prova foram fixados nas paredes internas da caixa no sentido

vertical. O equipamento conta com três termostatos eletrônicos que possibilitaram

regular os ciclos de saturação condensação e ventilação, ordenando o funcionamento no

numero de horas proposto para cada ciclo.

As amostras foram submetidas a ciclos de condensação, radiação e ventilação,

procurando simular uma situação de campo de forma acelerada. O protocolo adotado

consistiu em submeter os corpos de prova a quatro horas de radiação ultravioleta a uma

temperatura de 50º C seguido por, quatro horas de condensação a 50º C, com um tempo

de ventilação de 10 minutos.

FIGURA 2: Vista geral do aparato construído para degradação com radiação

ultravioleta (a); Geomantas fixadas nas paredes (b).

4.4.2 Ciclos de Saturação e secagem

Os ensaios de saturação e secagem também foram conduzidos no Laboratório de

Erosão e Sedimentação LABES/UFS, com os corpos de prova sendo submetidos a

ciclos de duas horas de saturação e duas horas de secagem em estufa. Os corpos ficaram

submersos em água destilada e em temperatura ambiente por 2 horas em seguida foram

(a) (b)

44

submetidos à secagem em estufa a temperatura de 100º C por duas horas. As amostras

ficavam submersas durante o período noturno como também nos momentos em que não

foram submetidas a ciclagem.

O ensaio de saturação e secagem procurou reproduzir de forma acelerada os

efeitos de variações de umidade e temperatura correntes em situação de campo. A

Figura 3 apresenta etapas do procedimento de imersão em água destilada e secagem em

estufa.

Figura 3. Corpos de prova imersos em água destilada durante ensaios de saturação

e secagem (a); geomantas submetidas a secagem em estufa a

temperatura de 100º C (b).

4.5 Procedimentos de degradação em Campo (degradação natural)

As amostras submetidas à degradação natural foram dispostas em um talude

marginal na margem direita do rio São Francisco em um sítio experimental, localizado

no Baixo São Francisco sergipano, no Perímetro Irrigado Pindoba, município de Própria

(Figura 4). A área escolhida é objeto de estudo ha vários anos do Grupo de Gestão

Hidroambiental do Baixo São Francisco, que vem realizando pesquisas com utilização

de técnicas de bioengenharia de solos na estabilização de taludes. Assim direcionando o

efeito da degradação daquela localidade sobre o material estudado.

A geomanta foi aplicada recobrindo todo o talude em uma área de 20 m2 ,

obedecendo o procedimento normal de utilização deste tipo de material em campo, em

cada coleta foi retirados cinco corpos de prova da parte central do talude.

Considerando que o grau de degradação em campo sofre influência do ângulo de

exposição à radiação solar, as amostras obedeceram ao ângulo de inclinação do talude

(a) (b)

45

erodido que foi suavizado antes da aplicação da geomanta. As amostras ficaram em

contato com o solo e na parte inferior (base do talude) em contato com a água do rio.

Este ensaio teve início no mês de novembro de 2008, período mais quente do

ano e geralmente com menor índice de precipitações pluviométricas, considerando que

os fatores climáticos são definidores do processo de degradação de materiais. Durante o

período de exposição da geomanta foram realizadas, classificação climática,

levantamentos das temperaturas e umidade relativa do ar, ventos, precipitação

atmosférica e radiação solar.

FIGURA 4: Fotos do sítio experimental apresentando a degradação natural em campo.

Talude após a instalação das biomantas em 15/11/2008 (a); Primeiro nível

de degradação já com a vegetação desenvolvida no dia 23/12/2008 (b);

Segundo nível de degradação apresentando a geomanta em acentuado

processo de degradação (c) e (d).

(c)

(d)

(a) (b)

46

4.6 Ensaios Mecânicos de Resistência

As características mecânicas avaliadas remetem as características exigidas das

geomantas quando das funções na estabilização de taludes, onde são submetidas a

forças de tração, compressão, flexão entre outras.

Para a avaliação das propriedades mecânicas executou-se ensaios destrutivos do

material, de forma estática por meio de tração, compressão, flexão e cisalhamento. Nos

corpos de prova submetidos à degradação em laboratório e em campo, foram realizados

ensaios tensão vs. deformação, quantificando parâmetros como a resistência mecânica

dos materiais poliméricos, por meio da compreensão sobre a rigidez, tensão e

deformação no escoamento, tensão e deformação na ruptura e a tenacidade.

4.6.1 Ensaios de Resistência a tração não confinada

Os ensaios de resistência a tração não confinada foram realizados no Laboratório

de Tecnologia da Madeira no Departamento de Engenharia Florestal da Universidade

Federal do Paraná - UFPR. Para execução desta etapa foi utilizada a máquina universal

de ensaios mecânicos EMIC Modelo DL, com capacidade máxima de 300 kN.

Os ensaios foram realizados seguindo as orientações da NBR 12824: geotêxteis

– Determinação da resistência a tração não-confinada – Ensaio de tração de faixa larga

(ABNT, 1993).

Para fixação das geomantas na máquina de ensaios foram confeccionados um

par de garras em aço (Figura 5), as faces internas das garras foram ranhuradas tornando-

as mais aderentes, assim melhor fixando as mantas e evitando um possível

deslocamento com a aplicação das forças de tração.

47

FIGURA 5: Par de garras confeccionado para os testes de tração não confinada,

conectadas a máquina Universal de Ensaios EMIC modelo DL, com

destaque para a fixação das geomantas na realização dos testes resistência

a tração não confinada.

Foram recortadas as amostras dos corpos de prova com a dimensão de 20 cm de

largura e 30 cm de comprimento e fixadas entre as garras com o auxilio de um gabarito

de papelão. A distância entre as garras foi de 100 mm e a velocidade de deformação foi

de 20 mm/mim.

Com a execução dos ensaios gerou-se curvas de capacidade de cargas VS.

deformação e foi calculada a resistência a tração na ruptura (α max), deformação na

ruptura(ε) e a rigidez secante (J).

A carga de tração (T) é definida pela a força por unidade de comprimento que é

aplicada ao corpo-de-prova durante o ensaio.

A deformação longitudinal ε do corpo-de-prova é obtida através da Equação (1):

(1)

Onde: ε é dado em porcentagem, ΔL é a variação do comprimento em relação ao

espaçamento entre garras e L é o espaçamento inicial entre garras.

Os coeficientes de variação C.V. da carga de tração na ruptura e da deformação

longitudinal na ruptura são obtidos através da razão entre os valores de desvio padrão e

média aritmética destes parâmetros, obtidos nos diferentes ensaios.

A rigidez secante foi calculada a partir da relação entre a carga aplicada a

amostra (α ) e o alongamento sofrido ( ε ), correlacionando com a energia necessária

para deformar as ligações entre os átomos de carbono na cadeia principal. Quanto mais

rígida a cadeia polimérica, maior se apresenta a rigidez J.

4.6.2 Ensaios de resistência ao puncionamento

Os ensaios de resistência ao puncionamento foram realizados também no

Laboratório de Tecnologia da Madeira no Departamento de Engenharia Florestal da

Universidade Federal do Paraná – UFPR, com a mesma máquina de ensaios utilizada

para ensaiar a tração não confinada.

Para os ensaios de puncionamento foram seguidas as especificações da NBR

48

13359: geotêxteis – Determinação da resistência ao puncionamento estático – ensaio de

pistão tipo CBR (ABNT, 1995) divergindo apenas na dimensão das amostras que

atenderam as especificadas para ensaios de Mini-CBR.

Os corpos de prova foram recortados com um diâmetro de 70 mm e fixado entre

os anéis do suporte cilíndrico que tem um diâmetro interno de 50 mm. Foi acoplado o

punção com 17 mm de diâmetro na máquina de ensaios de modo que se posicionasse

centralizado e perpendicular a amostra (Figura 6).

O punção foi deslocado para baixo com velocidade de 50 mm/min., enquanto a

máquina gerava as curvas de força de puncionamento vs. penetração, de posse desta

curvas foram calculada a resistência ao puncionamento e a penetração máxima.

FIGURA 6: Procedimentos pra ensaios de resistência ao puncionamento: (a) corpo de

prova fixado no cilindro de puncionamento; (b) Momento que o punção

penetra na amostra.

No ensaio de puncionamento estático obtém-se a curva força de puncionamento

(FP) vs. penetração (P). Com a curva do ensaio, pode-se obter a resistência ao

puncionamento e a penetração na ruptura da geomanta.

A força de puncionamento na ruptura FPf é obtida pela média aritmética dos

valores da força de puncionamento máximas de cada corpo-de-prova ensaiado.

A penetração na ruptura Pf é dada através da média aritmética das penetrações

máximas de cada corpo-de-prova ensaiado.

Os coeficientes de variação C.V. para a força de puncionamento e a penetração

(b)

(a)

49

na ruptura são obtidos através da razão entre o desvio padrão e a média aritmética destes

parâmetros.

5 Resultados e Discussão

5.1 Ensaios de resistência a tração não confinada

Os resultados apresentados foram obtidos a partir dos ensaios de tração não

confinada realizados com as geomantas de fibra de coco, Destacando o comportamento

do material em relação aos principais parâmetros de resistência mecânica a tração.

A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos a partir das curvas médias obtidas

dos testes de resistência a tração para a geomanta de fibra de coco. Os resultados são

descritos em carga de ruptura Tf , o seu coeficiente de variação CVTf, a deformação na

ruptura εf e o seu coeficiente de variação.

TABELA 1: Valores de carga, coeficiente de variação e deformação na ruptura para a

geomanta de fibra de coco.

Tipo de Intensidade

e de Degradação Período Tf (kN/m) CVTf (%) єf (%) CVєf (%)

Intacto - 0,317 18,28 21,78 6,53

Degradação natural

em Campo

90 dias 0,133 71,59 15,64 58,13

180 dias - - - -

270 dias - - - -

Degradação por

ciclo de saturação e

Secagem

100 horas 0,289 35,33 24,45 10,78

200 horas 0,337 27,18 21,93 5,47

360 horas 0,233 41,51 22,97 24,30

720 horas 0,246 23,77 19,94 14,00

Degradação por

Radiação

Ultravioleta

240 horas 0,270 49,59 22,21 32,60

480 horas 0,218 61,94 16,25 48,01

1000 horas 0,167 59,81 15,67 48,92

2000 horas 0,092 83,86 17,17 32,78

Tf: Força de tração na ruptura; CVTf: coeficiente de variação para a força de tração; єf: Deformação;

CVєf: coeficiente de variação para a deformação.

Observa-

geomanta de fibra de coco degradado no campo ou no laboratório, em relação ao

material mantido intacto (Tabela 1), indicam uma grande heterogeneidade do material

50

devido à degradação.

Salles (2006) sugere que para reduzir a probabilidade de ocorrência de uma

degradação de forma não-homogênea, devem-se tomar medidas específicas durante o

procedimento de degradação dos materiais, realizando o revezamento dos corpos de

prova submetidos aos ensaios.

Destaca-se que os valores do coeficiente CVTf da geomanta estudada

degradadas no campo ou no laboratório foram superiores aos valores de CVεf (Tabela

1). Isto pode ser justificado pela influência da resistência e condição de entrelaçamento

das fibras na resposta do material quando solicitado à tração. No ensaio de tração, a

força aplicada é resistida apenas pelas fibras na direção do carregamento, o que fornece

ao material um comportamento heterogêneo visto que esse material apresenta-se como

um aglomerado de fibras desordenadamente, assim apesar da resistência da fibra ter

pouca variabilidade, dentro da geomanta ela apresenta-se de forma difusa. Já a

deformação é influenciada pela condição de entrelaçamento das fibras, que apesar de

sofrer maior influencia da degradação, apresenta-se desuniforme em toda extensão da

manta, o que torna o material também heterogêneo, porém com menor variação,

justificando assim, menores valores de valores do CVεf (Tabela 1).

Através de observação visual foi possível verificar que as geomantas de fibra de

coco apresentam em sua constituição heterogeneidade na sua fabricação que vão desde

pequenos materiais sólidos até uma diversidade de arranjos no enovelado das fibras que

a compõem, como pode ser observado na Figura 7.

FIGURA 7: Imperfeições visualizadas nas amostras de fibra de coco.

51

Outro fator que pode explicar a elevação do coeficiente de variação é a espessura

das mantas que apresentam valores diferenciados, conforme pode ser identificado na

Tabela 2, que apresenta os valores médios das espessuras dos corpos de prova utilizados

nos ensaios.

TABELA 2: Valores médios das espessuras e coeficiente de variação das geomantas de

fibra de coco.

Tipo de

Intensidade e de

Degradação

Período

Média de

espessura das

mantas (mm)

Desvio

Padrão

Coeficiente de

Variação (%)

Intacto - 3,18 0,580 18,260

Degradação

natural em Campo

90 dias 4,10 1,040 25,350

180 dias - - -

270 dias - - -

Degradação por


Secagem

100 horas 3,30 0,270 8,300

200 horas 2,90 0,990 34,310

360 horas 2,38 0,370 15,550

720 horas 2,86 0,560 19,720

Degradação por

Radiação

Ultravioleta

240 horas 2,94 0,570 19,330

480 horas 2,56 0,590 23,210

1000 horas 2,56 0,730 28,520

2000 horas 3,10 0,920 29,650

Na Tabela 3 são apresentados os resultados de rigidez secante das amostras e

também conforme orienta a norma (ABNT, 1993) os valores de rigidez secante a 2%,

5% e 10% de deformação.

Observa-se que os valores da rigidez secante são influenciados pelo

procedimento de degradação no campo e no laboratório (Tabela 3).

Nota-se que o material estudado, quando degradado no laboratório por ciclos de

umedecimento e secagem, ocorre à redução dos valores da rigidez com o aumento da

intensidade de degradação. Este comportamento sugere que a geomanta torna-se mais

frágil com o aumento da degradação.

Ressalta-se que ocorreu um aumento da rigidez para baixos níveis de degradação

acelerada e reduzem para elevados níveis de degradação. Isto sugere que a geomanta

sofreu enrijecimento para baixos níveis de degradação, tendendo à fragilidade para

elevados níveis (Tabela 3).

52

Tabela 3. Variação da rigidez quanto ao tipo e intensidade de degradação para a

geomanta de fibra de coco.

Tipo de

Intensidade e de

Degradação

Período

Rigidez

secante em

kN/m

Rigidez secante em kN/m nas

deformações iguais a

Jsecf 2% 5% 10%

Intacto - 7,27 79,30 31,72 15,86

Degradação

natural em

Campo

90 dias 3,30 33,00 13,00 7,00

180 dias - - - -

270 dias - - - -

Degradação por

ciclo de

saturação e

Secagem

100 horas 6,00 72,00 29,00 14,00

200 horas 7,70 84,00 34,00 17,00

360 horas 5,00 58,00 23,00 12,00

720 horas 6,10 62,00 25,00 12,00

Degradação por

Radiação

Ultravioleta

240 horas 5,80 68,00 27,00 14,00

480 horas 6,50 55,00 22,00 11,00

1000 horas 5,00 42,00 17,00 8,00

2000 horas 2,40 23,00 9,00 5,00

As Figuras 8 e 9 representam graficamente a variação da carga de tração e

deformação na ruptura com o tempo de degradação no laboratório e no campo para as

amostras de geomanta de fibra de coco. Nota-se de um modo geral o aumento da carga e

deformação na ruptura para menores tempos de degradação e a redução da carga e

deformação na ruptura com o aumento da degradação. As curvas carga de tração vs.

tempo de degradação para as amostras degradadas por ciclos de saturação e secagem

(Figura 8), indicam aumento da carga e deformação na ruptura com o aumento do

tempo de degradação para o primeiro nível de degradação, apresentando média de

resistência maior que o evidenciando para as amostras sem degradação indicando uma

provável variação das propriedades mecânicas na mesma peça de geomanta.

Observando-se as curvas carga de tração vs. deformação das Figuras 8 e 9,

constata-se que os resultados impossibilitam uma correlação entre os resultados de

campo e laboratório. No entanto, é possível uma correlação para as curvas referentes à

degradação pelos processos de saturação e secagem e radiação ultravioleta.

Na Figura 9 nota-se que a carga de deformação para as amostras submetidas a

radiação ultravioleta e seu terceiro nível de degradação apresentou valor de deformação

muito próximos àqueles alcançados pelas amostras submetidas a degradação natural em

53

campo para o primeiro nível de degradação.

Figura 8. Variação da carga de tração na ruptura com o tempo de degradação por ciclos

de saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no campo.

Figura 9. Variação da deformação na ruptura com o tempo de degradação por ciclos de

saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no campo.

54

Observando a Figura 10 é possível verificar que a que as variações ocorridas na

rigidez secante final não apresentam similaridade entre si, mostrando diferenças de

comportamento para cada tratamento e nível de degradação. Para a degradação por

saturação e secagem ocorreu uma redução da rigidez para o primeiro nível de

degradação e um aumento para o segundo nível voltando a diminuir para os demais

níveis. Porém no tratamento com UV-B observa-se um aumento na rigidez para o

segundo nível de degradação e uma diminuição da rigidez para os demais tempos de

exposição. A rigidez diminui drasticamente com a degradação natural no primeiro nível

de degradação.

Figura 10. Variação da rigidez secante final com o tempo de degradação por ciclos de

saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no campo.

Constata-se das figuras 10, 11, 12, que as rigidezes da fibra de coco diminuem

com a degradação natural para 90 dias de degradação, já para 180 dias(segundo nível de

degradação) os corpos de prova apresentavam nível severo de degradação

impossibilitando a realização dos teste mecânicos. Para a degradação por ciclos de

saturação e secagem as rigidezes apresentam oscilação nos resultados com uma

55

diminuição da rigidez para 100 horas de degradação e um aumento da rigidez para 200

horas, em seguida uma nova redução e por ultimo para 720 horas de degradação

apresentando rigidez semelhante a apresentada para o primeiro nível de degradação. As

rigidezes para exposição à radiação ultravioleta sofrem diminuição para 240 horas de

exposição, aumentando para o nível seguinte de degradação (480 horas) e voltam a

decrescer com o aumento da degradação.

Figura 11. Variação da rigidez secante a 2% de deformação com o tempo de

degradação por ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta e

natural no campo.

56

Figura 12. Variação da rigidez secante a 5% de deformação com o tempo de degradação

por ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no campo.

5.2 Materiais Intactos

O comportamento mecânico da fibra da geomanta de fibra de coco pode estar

relacionada com a origem dos materiais e sua composição química, podendo sugerir

uma diferença na resistência a tração de acordo com a variação da origem da fibra de

coco utilizada como matéria prima. As fibras vegetais são compostas basicamente de

celulose e lignina entre outros compostos em menor quantidade, o conjunto deste

composto se traduz em características específicas para cada material (SANTIAGO e

SELVAM, 2007).

Pode ser constatada uma menor dispersão dos resultados dos materiais intactos

quando relacionados com os outros materiais degradados e esta menor dispersão pode

sugerir um aumento da heterogeneidade dos materiais quando submetidos à degradação.

Rozman et al (2000), estudando a influência da lignina nas propriedades mecânicas,

observaram que os percentuais de lignina presentes na fibra do coco tem efeito no

aumento da flexão mas não observou efeitos nas propriedades de tração.

Joseph et al., (2003), citado por Rodrigues (2007), afirma que as propriedades

mecânicas dependem da orientação das fibras, no qual o desempenho estrutural pode ser

57

avaliado por análises mecânicas na direção do alinhamento das fibras em diferentes

frações de volumes das fibras. É fato que o material intacto apresentou resistência a

tração inferior ao observado no segundo nível de degradação por saturação e secagem,

como também bem inferior ao apresentado pelo fabricante. Martins (2000) realizou teste

de resistência a tração em cinco tipos de geotêxteis, encontrando em todos os testes

valores de resistência as trações inferiores aos valores mencionados nos catálogos dos

fabricantes.

5.3 Degradação Natural em Campo

Para as amostras degradadas naturalmente no campo pode ser observada elevada

queda na resistência em relação ao material intacto para o primeiro ciclo de degradação

(90 dias), No entanto para o segundo nível, a degradação foi tão intensa que

impossibilitou a realização dos testes de tração não confinada (resistência nula a tração),

o nível elevado de degradação pode ser observado na Figura 13.

Figura 13. Apresenta corpos de prova após 180 dias de

degradação em campo.

No primeiro nível de degradação (90 dias) observou-se alteração na cor com a

perda de brilho e o inicio do desenvolvimento da vegetação rasteira (Figura 9). No

segundo nível de degradação (180 dias), com a superfície do solo quase totalmente

vegetada, pode ter propiciado a formação de um “microclima” potencializando reações

58

químicas e ação biológica contribuindo para a aceleração da degradação.

Carneiro (2006) observou alteração na cor de geotêxteis submetidos à

degradação natural, ele atribuiu ao acumulo de pequenas partículas nas fibras. Observou


degradação e que aos 9 meses de exposição era possível observar a liberação de

pequenos pedaços de fibras indicando a ocorrência de despolimerização, e após 12

meses de exposição pode ser observado que a estrutura apresentava-se bastante

danificada tendo ocorrido diminuição considerável da espessura do material.

No período de implantação do ensaio experimental no campo, foi observada

maior incidência de radiação ultravioleta e alta umidade relativa do ar devido à

proximidade do Rio São Francisco. Essas condições ambientais contribuíram para a

aceleração da degradação e a nulidade da resistência nos corpos de prova submetidos ao

ciclo de 180 dias de degradação natural. A exposição no verão, devido às elevadas

temperaturas e ao aumento da radiação UV que atinge a superfície terrestre, é mais

severa para os materiais que no Inverno. A radiação UV incidente varia dependendo do

local geográfico, da existência de nuvens e/ou nevoeiro, da proximidade de ambientes

industriais, entre outros fatores (CARNEIRO et al. 2005).

5.4 Degradação acelerada em laboratório

Apesar de vantagem da rapidez, a degradação acelerada em laboratório pode


amostras (SILVA, 2002).

Observou-se que para a degradação acelerada em laboratório com ciclos de

saturação e secagem e exposição à radiação ultravioleta, os procedimentos de

degradação adotados afetaram a estrutura das geomantas diminuindo sua resistência. As

amostras degradadas pela exposição aos ciclos de condensação e à radiação ultravioleta

apresentaram maiores níveis de degradação com o aumento de tempo de degradação.

A degradação por ciclos de condensação e exposição à radiação ultravioleta foi o

procedimento que apresentou maiores efeitos de degradação porem a degradação em

campo apresentou maior intensidade.

59

5.5 Ensaios de Resistência ao Puncionamento Estático

Os resultados dos ensaios de puncionamento estático realizados com as

geomantas de fibra de coco degradados em campo e em laboratório apresentando os

valores da força de puncionamento e penetração na ruptura FPf e Pf, para os diferentes

tipos e intensidades de degradação, respectivamente. São apresentados também os

coeficientes de variação de FPf e Pf.


dos testes de puncionamento estático para a geomanta de fibra de coco. Os resultados

são descritos em força de puncionamento e penetração na ruptura FPf e Pf , como

também os coeficientes de variação de FPf e Pf.

Da mesma forma como observado nos teste de tração não confinada, os valores

do coeficiente CVFpf da geomanta estudada degradadas no campo ou no laboratório

foram superiores aos valores de CVPf (Tabela 4). Este comportamento pode ser

atribuído pela influencia da resistência local e sua arrumação dentro da geomanta.

Tabela 4. Valores médios da força de puncionamento, coeficiente de variação e

penetração na ruptura para a geomanta de fibra de coco.

Tipo de Intensidade e de

Degradação Período Fpf(kN) CVFpf(%) Pf(mm) CVpf(%)

Intacto - 0,2608 27,85 11,80 15,16

Degradação natural em

Campo

90 dias 0,094 44,52 9,20 4,86

180 dias - - - -

270 dias - - - -

Degradação por ciclo de

saturação e Secagem

100 horas 0,2704 25,04 12,00 10,21

200 horas 0,2442 30,73 10,80 20,07

360 horas 0,178 25,66 10,60 14,31

720 horas 0,1654 35,42 10,20 18,86

Degradação por lixiviação

Contínua

200 horas 0,0888 85,36 8,40 18,05

400 horas - - - -

800 horas - - - -

1600 horas - - - -

Degradação por Radiação

Ultravioleta

240 horas 0,1676 32,52 8,60 10,40

480 horas 0,1632 22,58 8,80 5,08

1000 horas 0,1534 23,86 8,60 6,37

2000 horas 0,1546 41,70 8,80 9,51

60

Nota-se que os resultados apresentados na Tabela 4 indicam uma sensível

redução da força de penetração com o tempo de degradação natural. No entanto, a maior

taxa de redução da força ocorre nos menores tempos de degradação em laboratório.

Verifica-se na Figura 14 o comportamento da variação da força de

puncionamento aplicado sobre os corpos de prova, a força de aplicada nos ensaios tende

a reduzir para baixos tempos de degradação, tendendo a torna-se constante com o

aumento dos tempos de degradação nos ensaios de laboratório. Para o ensaio de

degradação natural em campo, ocorreu uma queda abrupta da força de puncionamento.

Figura 14. Variação da Força de Puncionamento estático com o tempo de degradação

por ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta, lixiviação contínua

e natural no campo.

Da Figura 15 observa-se que a diminuição da penetração na ruptura com a

degradação, tanto no campo quanto no laboratório, estabilizando para a degradação por

radiação UVB. Também verifica-se que a degradação por UVB atingiu menores valores

de penetração na ruptura.

A variação da força e penetração na ruptura das geomantas degradados por

ciclos de saturação e secagem apresentou um valor maior para o primeiro nível de

61

degradação (100 horas) reduzindo a penetração para os demais níveis e no final

tendendo a estabilidade.

Observando as figuras 14 e 15, constata-se que as forças de puncionamento e

penetração na ruptura apresentam um comportamento semelhante para os materiais

submetidos a degradação em laboratório, e diferente quando comparado ao

procedimento de degradação natural.

Figura 15. Variação da penetração máxima com o tempo de degradação por ciclos de

saturação e secagem, radiação ultravioleta, lixiviação contínua e natural no

campo.

6 Conclusões

A metodologia utilizada neste trabalho mostrou-se adequada por gerar diferentes

parâmetros de degradação, porém merece ajustes nos tempos de degradação para o

campo e para o laboratório e o aumento do número de corpos de prova.

Para a metodologia utilizada à degradação em campo apresentou os maiores

níveis de degradação da geomanta, apresentando resistência inferior ao apresentado pelo

fabricante. O tempo de degradação também se apresentou inferior ao apresentado pelo

fabricante da geomanta, que é de 36-48 meses para 6 meses apresentados nesta

pesquisa.

62

Com os dados obtidos não foi possível manter uma relação entre os níveis de

degradação em campo e em laboratório, sendo necessário o desenvolvimento de novas

pesquisas, com diferentes tempos de degradação e outros métodos de degradação em

laboratório para traçar tal paralelo.

Quanto à resistência a tração não confinada, existe uma redução da resistência a

tração com a degradação do material estudado. O tratamento que apresentou maiores

níveis de degradação foi o natural em campo apresentando também menor resistência

tração para o primeiro nível de degradação e chegando à nulidade da resistência para o

segundo nível de degradação.

Para a resistência ao puncionamento, foi constatada uma redução da resistência

para maiores níveis de degradação. Na degradação em laboratório por exposição à

UVB, existe uma tendência a estabilização da força de puncionamento com o aumento

da degradação.

7 Recomendações

Realizar trabalhos que avaliem os efeitos do clima na degradação das geomantas

de fibra de coco.

Realização de pesquisas que envolvam a degradação biológica das geomantas.

Realização de ensaios reduzindo os tempos de degradação natural e aumentando

os tempos de degradação em laboratório, como também reduzindo os intervalos entre os

níveis de degradação.

Para melhor simulação da situação de campo, sugere-se realizar experimentos

envolvendo diferentes tratamentos de degradação concomitantemente para os mesmo

corpos de prova.

Após a o ajuste de metodologia fazer os cálculos de simulação de previsão de

comportamento a longo prazo para a geomanta de fibra de coco.

63



Determinação da resistência à tração não-confinada – Ensaio de tração de faixa larga.

NBR 12824.


Determinação da resistência ao puncionamento estático – Ensaio com pistão tipo CBR.

NBR 13359.

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. 1997. Geossintéticos

– Terminologia. NBR 12553.

BANDEIRA, A.A. Evolução do processo erosivo na margem direita do Rio São





BRIGHETTI, G. e MARTINS, J. R. S. – Estabilização e Proteção de Margens – PHD

5023 – Obras Hidráulicas. Escola Politécnica / Departamento de Engenharia Hidráulica

e Sanitária, São Paulo, 2001.

COMPAHIA ENERGÉTICA DE MINAS GERAIS – CEMIG. Controle de erosão em



CUNHA, P. V. Estudo da degradação de geotêxteis tecidos. Dissertação de Mestrado –

Centro de Ciências e Tecnologia – Universidade Estadual do Norte Fluminense -

UENF, Campos dos Goytacazes, RJ, 2006.

DEFLOR BIOENGENHARIA. Soluções ambientais definitivas. Belo Horizonte: 2006.

39p. (Catálogo)

64










ROCHA, I. P., Controle da Erosão Marginal No Baixo São Francisco: Uso da

Bioengenharia de Solos Associada à Recuperação da Vegetação Ciliar. Monografia

Departamento de Engenharia Agronômica, Universidade Federal de Sergipe,2006.




ROZMAN, H.D. et al. The effect of lignin as a compatibiliser on the physical properties

of coconut fiber – polypropylene composites. European Polymer Journal, 36, p. 1483-

1484, 2000.







65



2002.




66

CAPÍTULO 3: Comportamento de geomantas de Fibra de sisal

submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada

em laboratório.

1 Resumo


hídricos, e a construção das grandes barragens, induzem a um novo comportamento

morfodinâmico para o rio, considerados como as responsáveis primários pela atual fase

de erosão marginal acelerada e de disseminação de novos focos. Os processos erosivos

que atingem os cursos d’água têm levado a adoção de práticas de controle. Dentre os

diferentes métodos de contenção desse tipo de erosão vem se destacando a

bioengenharia de solos que consiste no uso de elementos biologicamente ativos em

obras de estabilização de solos e sedimentos. Dentre os materiais construtivos os

geossintéticos vêm apresentado crescente utilização. A utilização de fibras vegetais para

a produção de geomantas (biomantas) tem crescido por apresentar uma combinação de

boas propriedades mecânicas e vantagens ambientais. Neste sentido, o presente trabalho

apresenta um estudo experimental para avaliação do comportamento de geomantas

constituídos de fibra de sisal submetidos à diferentes métodos de degradação. As

geomantas, foram expostas a processos de degradação natural no campo e acelerada no

laboratório. No laboratório foram realizados procedimentos de degradação por

exposição à radiação ultravioleta e ciclos de saturação e secagem. Foi realizada a

avaliação da variação dos principais parâmetros dos materiais com o tempo e

procedimentos de degradação. Os parâmetros foram obtidos através de ensaios de

resistência à tração não-confinada. Os resultados mostram a redução da resistência

mecânica nas geomantas estudadas, devido aos processos de degradação aplicados, além

de mudanças no aspecto visual dos materiais. As geomanta de fibra de sisal apresenta

uma alta resistência a tração e uma razoável resistência a degradação natural em campo.

Esses resultados sinalizam para a recomendação desse material para a contenção da

erosão marginal em situações semelhantes.

Palavras chave: Geotêxtil, Controle de Erosão, Bioengenharia de Solos.

67

CHAPTER 3: Sisal fiber’s geotextile behavior under natural degradation “in situ”

and laboratory sped up.

2 Abstract

The increasing demand for water resources has led to the exploration of the

hydrological systems, and the construction of the great dams, induces to a new river

morphodynamics behavior, considered as the mainly responsible for the riverbank

erosion sped up and dissemination of new points. The erosive processes that reach the

water courses have taken the adoption of practical of control. Amongst the different

methods of containment of this type of erosion it comes if detaching ground

bioengineering that consists of the use of biological active elements in workmanships of

stabilization of ground and sediments. Between the different methods to control this

type of erosion it comes detaching soil bioengineering, that consists of the use of

biological active elements in workmanships in soil and sediments stabilization. The

geosynthetics come presented increasing use, earning prominence those that are

manufactured with vegetal staple fibres. These geotextile has increase for presenting an

ambient combination of adequate mechanical properties and advantages. In this way,

this work presents an experimental study for evaluation of the behavior of sisal fiber

geotextile to the different methods of degradation. Geotextile had been displayed the

natural degradation in situ and sped up degradation in the laboratory. In the laboratory

procedures of degradation for exposition to the ultraviolet radiation and cycles of

saturation and drying had been carried through. It was carried through the evaluation of

the variation of the main parameters of the materials with the time and procedures of

degradation. The parameters had been gotten through assays of not-confined tensile

strenght and resistance to the static punctionning. The results show to the reduction of

the mechanical resistance in geotextile studied, had to the applied processes of

degradation, beyond changes in the visual aspect of the materials. Sisal geotextile

presents higher resistance to the traction and a reasonable resistance to the natural

degradation “in situ”. These results appoint to the recommendation of this material for

the riverbank erosion control in similar situations.

Keywords: Geotexile, Erosion Control, Soil Bioengineering.

68

3 Introdução


hídricos, com ênfase no manejo insustentável das bacias hidrográficas que de forma

indiscriminada as ações antrópicas têm alterado a sua dinâmica natural.

As grandes barragens e formação de grandes reservatórios construídas nos

canais fluviais, na medida em que estabelecem um novo regime hidrosedimentológico,

induzem a um novo comportamento morfodinâmico para o rio, considerado como as

responsáveis primárias pela atual fase de erosão marginal acelerada e de disseminação

de focos erosivos (BANDEIRA, 2005).

Para os agroecossistemas que estão implantados em regiões ribeirinhas, os

efeitos da erosão fluvial podem se tornar um fator de desestabilização da

sustentabilidade principalmente em rios cujo ciclo hidrológico foi alterado pela

construção de barragens e ocorrem variações bruscas e constantes no regime de vazão,

desestabilizando os taludes marginais (OLIVEIRA, 2006).

Bandeira (2005) destaca que a erosão marginal tem destruído, no Baixo São

Francisco, os diques de proteção contra as cheias, casas, obras de engenharia e estradas,

diminuindo a área dos perímetros irrigados e de faixas de terra agricultáveis, implicando

na perda de produção agrícola e piscícola, decréscimo da produtividade, inundação de

povoados e ônus extras com obras de infra-estrutura. Nesse trecho da Bacia

Hidrográfica do Rio São Francisco esse é um dos mais importantes processos de

degradação das suas margens, causa e efeito da retirada da vegetação ciliar,

demandando ações de controle para a estabilização dos taludes marginais.

A realidade dos processos erosivos que atingem os cursos d’água, sobretudo

daqueles que sofreram maiores perturbações, tem levado a adoção de práticas de

controle sejam por método empíricos por iniciativa da população ribeirinha ou pela

adoção de obras de engenharia ou uso da bioengenharia de solos.




apenas materiais de construção vivos (vegetação herbácea, arbustiva e/ou arbórea), aos



69


ser limitados em seções em que os métodos vegetativos se mostrem inadequados para

prevenção da erosão (GRAY e SOTIR, 1996). As geomantas potencializam os efeitos

protetores da vegetação na redução de processos erosivos, permitindo o estabelecimento

da vegetação em situações adversas (CEMIG, 2002). As geomantas são tridimensionais,

flexíveis e altamente porosas. Foram concebidas para reter o solo e permitir o adequado

desenvolvimento do sistema radicular da vegetação presente na área. Uma vez

consolidado, o sistema proporciona resistência ao fluxo e retenção do solo. As

diferenças entre estes produtos e as geomantas preenchidas com solo para controle de

erosão são muito pequenas. Estas mostram-se mais densa e menos espessas, e são

dispostas no terreno já associadas com solo de preenchimento. As geomantas para

reforço da vegetação são dispostas sobre o terreno e depois preenchidas (semeadas) e

cobertas com solo vegetal (VERTEMATTI, 2004).

A utilização de fibras vegetais para a produção de geomantas (biomantas) são,

geralmente, por demonstrarem uma combinação de boas propriedades mecânicas e




necessário. Alem disso, as fibras vegetais são fontes renováveis (MORAIS et al., 2006).

Segundo o autor os polimeros podem sofrer degradação através de vários mecanismos

podendo acontecer de forma rápida ou gradual, a depender das condições a que estes

estão submetidos e, principalmente, da sua natureza química.

O interesse por fibras vegetais está relacionado com as propriedades e

características das fibras vegetais, podendo-se destacar o baixo custo, baixa densidade,

flexibilidade no processamento e uso de sistemas simples quando o tratamento

superficial se faz necessário. Alem disso, as fibras vegetais são fontes renováveis. A

rigidez do material é de enorme importância para a sua estabilidade. Usualmente

podemos comparar o comportamento mecânico das fibras pelo seu módulo da

elasticidade (MORAIS et al., 2006). As fibras de sisal se destacam por apresentar alta

resistência ao impacto e boas propriedades de resistência a tração e flexão. Isto é

atribuído ao fato da fibra de sisal apresentar um dos maiores módulos de elasticidade e

de resistência mecânica entre as fibras naturais (MARTIN et al., 2009).

Apresenta-se de grande importância o conhecimento sobre a resistência dessas


70

fibras para um melhor planejamento de uso, principalmente devido ao fato de que as

geomantas estão, em condições de campo, sujeitas a suportar movimentos de massa de

solo nos taludes dos cursos d´água. Esse fato remete à necessidade de se conhecer como

se dá a sua degradação ao longo do tempo de implantação da vegetação ciliar. A

degradação manifesta-se através da redução da resistência mecânica devido à ação dos

agentes físicos, químicos e biológicos (FARJALLAT, 1972 citado por SALLES, 2006).

A importância do estudo da degradação dos materiais se mostra na possibilidade

de se prever o comportamento dos materiais em longo prazo, para que seja possível

definir sua vida útil, ou seja, sua durabilidade. Através do estudo da durabilidade é

possível definir e adequar à utilização dos materiais de construção em função das

características intrínsecas e do meio ambiente exógeno (SALLES, 2006).

Os ensaios de degradação submetem o geotêxtil ou geomanta à exposição no

campo e/ou no laboratório, para posterior determinação da variação das propriedades

físicas, químicas e mecânicas do material em diferentes níveis de degradação. Nesse

sentido esse trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento de geomantas de

fibra de sisal submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada em


durabilidade, orientado a sua utilização em obras de controle de erosão em cursos

d’água.

4 Materiais e Métodos

4.1 Caracterização do Geotêxtil

Para os testes de degradação natural foi aplicada de 20m² (10 x 2,0m) de

biomanta de sisal (Sisal bioblanket Type GF/30.S), constituído em 100% por fibras de

sisal na estabilização de um talude no Baixo São Francisco Sergipano em um Sítio

Experimental, que foi composta por uma parcela destrutiva de tal experimento onde

retirou-se 15 corpos de prova que sofrerão processos de degradação natural em campo.

Esse tipo de mantas é costumeiramente utilizadas em projetos de contenção de

taludes em áreas suscetíveis à erosão. Vários estudos já realizados, (HOLANDA et al,

2008; SANTANA, 2008) comprovaram que a utilização das biomantas para

estabilização dos taludes conjugados com materiais inertes apresentaram resultados

71

significativos.

4.2 Ensaios de degradação

Os ensaios de degradação dos corpos de prova da geomanta de fibra de sisal

foram realizados de forma natural em campo e de forma acelerada em laboratório, o

desenvolvimento dos ensaios de degradação conforme o Quadro 2.

O desenvolvimento dos ensaios de degradação deu-se a partir de quatro fases:

1. Preparação do material a ser estudado, com a obtenção dos corpos de provas;

2. Degradação das amostras de forma natural no campo e de forma acelerada em

laboratório;

3. Avaliação dos parâmetros que caracterizam o comportamento do material

intacto, degradado em campo e degradado em laboratório;

4. Realizar análise dos resultados e avaliação do comportamento.

Das amostras submetidas a esta pesquisa após os processos de degradação,

foram obtidos corpos de provas intactos, ou seja, que não sofreram degradação pelos

processos apresentados. Os corpos degradados naturalmente, estes foram instalados em

um sítio experimental, onde sofreu degradação do meio e por ultimo os que passaram

pelos processos de aceleração da degradação em laboratório, ciclos de saturação e

secagem e raios ultravioletas.

As amostras após passarem pelos processos de degradação foram submetidas a

ensaios de mecânicos como forma de testar sua resistência. A Tabela 2 apresenta o

programa experimental seguido.

Tabela 2. Programa de ensaios mecânicos, tipos de degradação e níveis de degradação.

Ensaios

Mecânicos

Tipo de

Degradação

Nível de degradação

0 1º 2º 3º 4º

Resistência à

tração Não-

Confirmada

Intacto (5) - - - -

Natural (dias) - 90 180 - -

- (5) (5) - -

Ciclos de

Umidade

(horas)

- 100 200 360 720

- (5) (5) (5) (5)

C-UV B (horas) - 240 480 1000 2000

- (5) (5) (5) (5)

72

( ) refere-se ao numero de corpos de prova para cada processo experimental

4.3 Preparação das Amostras

Retirou-se corpos de provas de bobinas de geomanta de tamanho comercial, as

amostras foram cortadas com dimensão de 20 cm de largura e 50 cm metros de

comprimento, obtidas de forma longitudinal a direção principal da bobina. Para corpos

de prova submetidos à degradação natural foram instaladas as geomantas em um talude

marginal. Dos corpos de provas obtidos 05 (cinco) foram mantidos intactos e os demais

submetidos aos procedimentos de degradação. Em seguida os corpos de provas intactos

e degradados foram submetidos aos ensaios mecânicos. Para o ensaio de tração não

confinada os corpos de provas foram recortados obedecendo a NBR 12824 ficando com

as dimensão de 20 cm de largura e 30 cm de comprimento.

4.4 Procedimentos de Degradação em Laboratório

4.4.1 Exposição à Radiação Ultravioleta

Para a realização deste ensaio foi construído no laboratório de Erosão e

Sedimentação do solo do Departamento de Engenharia Agronômica da Universidade

Federal de Sergipe, um aparato de degradação por radiação ultravioleta (Figura 2), o

equipamento mede 0,80 m de largura, 1,10 m de comprimento e 0,80 de altura, possui

um banco de radiação ultravioleta com duas fontes de radiação, que permite uma

capacidade para 18 corpos de provas medindo 50 cm de comprimento por 20 cm de

largura, os corpos de prova foram fixados nas paredes internas da caixa no sentido

vertical. O equipamento conta com três termostatos eletrônicos que possibilitaram

regular os ciclos de saturação condensação e ventilação, ordenando o funcionamento no

numero de horas proposto para cada ciclo.

As amostras foram submetidas a ciclos de condensação, radiação e ventilação,

procurando simular uma situação de campo de forma acelerada. O protocolo adotado

consistiu em submeter os corpos de prova a quatro horas de radiação ultravioleta a uma

temperatura de 50º C seguido por, quatro horas de condensação a 50º C, com um tempo

de ventilação de 10 minutos.

73

Figura 2. Vista geral do aparato construído para degradação com radiação

ultravioleta (a); Geomantas fixadas nas paredes, submetidas a

degradação UVB (b).

4.4.2 Ciclos de Saturação e Secagem

Os ensaios de saturação e secagem também foram conduzidos no Laboratório de

Erosão e Sedimentação da Universidade Federal de Sergipe – LABES/UFS – com os

corpos de prova sendo submetidos a ciclos de duas horas de saturação e duas horas de

secagem em estufa. Os corpos ficaram submersos em água destilada e em temperatura

ambiente em seguida foram submetidos à secagem em estufa a temperatura de 100º C.

As amostras ficavam submersas durante o período noturno como também nos

momentos em que não foram submetidas à ciclagem.

O ensaio de saturação e secagem procura reproduzir de forma acelerada os

efeitos de variações de umidade e temperatura correntes em situação de campo. A

Figura 3 apresenta etapas do procedimento de imersão em água destilada e secagem em

estufa.

(a) (b)

74

Figura 3. Corpos de prova imersos em água destilada durante ensaios de

saturação e secagem (a); geomantas submetidas a secagem em

estufa a temperatura de 100º C (b).

4.5 Procedimentos de degradação em Campo (degradação natural)

As amostras submetidas à degradação natural foram aplicadas em um talude

marginal na margem direita do rio São Francisco em um sítio experimental, localizado

no baixo São Francisco sergipano, no Perímetro Irrigado Pindoba, município de Própria

(Figura 4). A área escolhida é objeto de estudo a vários anos do Grupo de Gestão

Hidroambiental do Baixo São Francisco, este vem realizando pesquisas com utilização

de técnicas de bioengenharia na estabilização de taludes. Assim direcionando o efeito da

degradação daquela localidade sobre o material estudado.

A geomanta foi aplicada recobrindo todo o talude em uma área de 20 m2 ,

obedecendo o procedimento normal de utilização deste tipo de material em campo, em

cada coleta foi retirados cinco corpos de prova da parte central do talude.

O grau de degradação em campo sofre influência do ângulo de exposição à

radiação solar, neste caso as amostras obedeceram ao ângulo de inclinação do talude

erodido que foi suavizado antes da aplicação da geomanta. As amostras ficaram em

contato com o solo e na parte inferior (base do talude) em contato com a água do rio.

Este ensaio teve início no mês de novembro de 2008, período mais quente do

ano e geralmente com menor índice de precipitações pluviométricas, considerando que

os fatores climáticos são definidores do processo de degradação de materiais, durante o

período de exposição da geomanta foram realizadas, classificação climática,

levantamentos das temperaturas e umidade relativa do ar, ventos, precipitação

(a) (b)

75

atmosférica e radiação solar.

Figura 4. Fotos do sítio experimental no município de Propriá-SE, onde foi

realizada a degradação natural em campo. (a) Talude após a instalação

das biomantas em 15/11/2008; (b) Primeiro nível de degradação

apresentando o início do desenvolvimento da vegetação no dia

23/12/2008; (c) e (d) Segundo nível de degradação com a vegetação

bem desenvolvida e a biomanta apresentando resistência em

13/05/2009.

4.6 Ensaios Mecânicos de Resistência

As características mecânicas avaliadas remetem as características exigidas das

biomantas quando das funções na estabilização de taludes, onde são submetidas a forças

de tração, compressão, flexão entre outras.

Neste trabalho procurou-se medir nos ensaios os principais parâmetros de

resistência mecânica, obtidos através de curvas de tensão e deformação na ruptura,

rigidez, e a tenacidade.

(a) (b)

(c) (d)

76

4.6.1 Ensaios de Resistência a tração não confinada

Os ensaios de resistência a tração não confinada foram realizados no laboratório

de tecnologia da madeira no Departamento de Engenharia Florestal da Universidade

Federal do Paraná - UFPR. Foi utilizado uma máquina universal de ensaios EMIC

Modelo DL, com capacidade máxima de 300 kN.

Os ensaios foram realizados seguindo as orientações da NBR 12824: geotêxteis

– Determinação da resistência a tração não-confinada – Ensaio de tração de faixa larga

(ABNT, 1993).

Para fixação das biomantas na máquina de ensaios foram utilizadas garras do

próprio equipamento utilizadas para ensaios de tração em toras de madeira, as garras

apresentam uma superfície interna “dentada” com encaixe simétrico, essa estrutura

garante a fixação evitando que o corpo de prova escorregue durante os testes de tração.

Foram recortadas as amostras dos corpos de prova com a dimensão de 20 cm de

largura e 30 cm de comprimento e fixadas entre as garras com o auxilio de um gabarito

de papelão. A distância entre as garras foi de 100 mm e a velocidade de deformação foi

de 20 mm/mim.

Com a execução dos ensaios foram geradas curvas Cargas vs. Deformação, e

calculada a resistência a tração na ruptura (αmax), deformação na ruptura (ε) e a rigidez

secante (J).

Figura 5. Par de garras do equipamento para os

testes de tração não confinada,

conectadas a máquina Universal de

77

Ensaios EMIC modelo DL, com

destaque para a fixação das

geomantas na realização dos testes

resistência a tração não confinada.

A carga de tração (T) é definida pela a força por unidade de comprimento que é

aplicada ao corpo-de-prova durante o ensaio.

A deformação longitudinal ε do corpo-de-prova é obtida através da Equação 1:

(1)

Onde: ε é dado em porcentagem, ΔL é a variação do comprimento em relação ao

espaçamento entre garras e L é o espaçamento inicial entre garras.

Os coeficientes de variação CV da carga de tração na ruptura e da deformação

longitudinal na ruptura são obtidos através da razão entre os valores de desvio padrão e

média aritmética destes parâmetros, obtidos nos diferentes ensaios.

A rigidez secante foi calculada a partir da relação entre a carga aplicada a

amostra (α) e o alongamento sofrido (ε) trazem parâmetros sobre o comportamento do

material estudado sobre os diversos efeitos da degradação. Na Tabela 2 são

apresentados os resultados de rigidez secante das amostras e também conforme orienta a

norma (ABNT, 1993) os valores de rigidez secante a 2%, 5% e 10% de deformação.

5 Resultados e Discussão

A avaliação das propriedades mecânicas pode ser de forma estática ou dinâmica,

envolvendo ensaios destrutivos do material. Um geossintético pode ser solicitado de

forma estática através de tração, compressão, flexão, cisalhamento entre outros. Em

ensaios tensão vs. deformação, os principais parâmetros que quantificam a resistência

mecânica dos materiais poliméricos são a rigidez, tensão e deformação no escoamento,

tensão e deformação na ruptura e a tenacidade.

A rigidez em tração é obtida através da inclinação da curva Carga vs.

Deformação e é correlacionada com a energia necessária para deformar as ligações entre

78

os átomos de carbono na cadeia principal. Quanto mais rígida a cadeia polimérica,

maior a rigidez J.

5.1 Ensaios de resistência a tração não confinada

Os resultados apresentados a seguir foram obtidos a partir dos ensaios de tração

não confinada realizados com as geomantas de fibra de sisal. Os resultados apresentados

a partir de tabelas onde são destacados os comportamentos dos materiais levando em

consideração os principais parâmetros de resistência mecânica a tração.

Os valores obtidos são resultados das curvas cargas de tração vs. deformação,

geradas a partir das repetições de ensaios nos corpos de provas intacto, degradado

naturalmente em campo e degradado de forma acelerada em laboratório.


dos testes de resistência a tração para a geomanta de fibra de sisal. Os resultados são

descritos em carga de ruptura Tf , o seu coeficiente de variação CVTf, a deformação na

ruptura εf e o seu coeficiente de variação.

Tabela 1. Valores de carga, coeficiente de variação e deformação na ruptura para a

geomanta de fibra de sisal.

Tipo de Intensidade

e de Degradação Período Tf (kN/m) CVTf (%) єf (%) CVєf (%)

Intacto - 2,910 56,98 8,43 57,86

Degradação natural

em Campo

90 dias 3,268 28,1 7,70 14,45

180 dias 0,995 61,33 5,15 36,62

270 dias - - - -

Degradação por


Secagem

100 horas 2,815 17,01 8,41 29,46

200 horas 3,605 21,71 16,04 87,15

360 horas 3,154 22,34 6,35 36,67

720 horas 2,570 28,54 5,92 18,97

Degradação por

Radiação

Ultravioleta

240 horas 7,462 68,22 12,33 53,62

480 horas 6,159 74,02 7,94 37,51

1000 horas 4,499 34,94 7,41 41,31

2000 horas 5,306 32,59 5,78 28,44

Tf: Força de tração na ruptura; CVTf: coeficiente de variação para a força de tração; єf: Deformação; CVєf:

coeficiente de variação para a deformação.

79

Para os materiais estudados, foram observados valos elevados do coeficiente de

variação, isso indica que os materiais não apresentam homogeneidade na sua fabricação

e que sofrem efeitos diferentes quando submetidos à degradação. Através de observação

visual é possível verificar que as geomantas de fibra de sisal apresentam em sua

constituição heterogeneidade na sua fabricação, estas diferenças são claras quando

observado o diâmetro das “cordas” de fibra de sisal que constituem de forma

entrelaçadas as biomantas.

Tabela 2. Variação da rigidez quanto ao tipo e intensidade de degradação para a

geomanta de fibra de sisal.

Tipo de

Intensidade e de

Degradação

Período

Rigidez

secante em

kN/m e T/Tf

no final

Rigidez secante em kN/m nas

deformações iguais a

Jsecf 2% 5% 10%

Intacto - 173,54 910,00 364,00

182,00

Degradação

natural em

Campo

90 dias 215,90 817,00 327,00 163,00

180 dias 109,40 249,00 100,00 50,00

270 dias - - - -

Degradação por

ciclo de

saturação e

Secagem

100 horas 185,20 704,00 282,00 141,00

200 horas 258,70 901,00 360,00 180,00

360 horas 277,10 789,00 315,00 158,00

720 horas 217,40 643,00 257,00 129,00

Degradação por

lixiviação

Contínua

200 horas 75,90 449,00 180,00 90,00

400 horas - - - -

Degradação por

Radiação

Ultravioleta

240 horas 446,10 1865,00 746,00 373,00

480 horas 453,90 1540,00 616,00 308,00

1000 horas 351,40 1125,00 450,00 225,00

2000 horas 464,00 1326,00 531,00 265,00

As Figuras 6 e 7 representam graficamente a variação da carga de tração e

deformação na ruptura com o tempo de degradação no laboratório e no campo para as

amostras de geomanta de fibra de sisal. Nota-se de um modo geral o aumento da carga e

deformação na ruptura para menores tempos de degradação e a redução da carga e

80

deformação na ruptura com o aumento da degradação, porem materiais degradados

apresentaram resistência a tração superior ao material intacto . As curvas carga de tração

vs. tempo de degradação para as amostras degradadas por ciclos de saturação e radiação

UVB (Figura 7), indicam aumento da carga e deformação na ruptura com o aumento do

tempo de degradação para o primeiro nível de degradação, apresentando média de

resistência maior que o evidenciando para as amostras sem degradação indicando uma

provável variação das propriedades mecânicas na mesma peça de geomanta.

Observando-se as curvas carga de tração vs. deformação das Figuras 6 e 7,

constata-se que é possível correlacionar os resultados obtidos no campo e no laboratório

porem a dispersão dos resultados pode indicar a necessidade de efetuar novos testes

com diferentes tempos de degradação.

Na Figura 6 pode ser observado que a degradação natural em campo para o

segundo nível de degradação apresentou o maior efeito de degradação evidenciando a

menor resistência a tração. Já na Figura 7 nota-se que a carga de deformação para as

amostras submetidas à radiação ultravioleta e seu quarto nível de degradação apresentou

valor de deformação muito próximo ao alcançado pelas amostras submetidas a

degradação natural em campo em para o segundo nível de degradação.

Figura 6. Variação da carga de tração na ruptura com o tempo de degradação por

ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no

campo.

81

Figura 7. Variação da deformação na ruptura com o tempo de degradação por


campo.

Nas Figuras 8, 9 e 10 é possível observar um aumento na rigidez secante para as

amostras degradadas com radiação UVB, já para as amostras degradadas em campo

ocorreu um aumento na rigidez para 90 dias de degradação e em seguida uma redução

da rigidez para 180 dias de degradação.

82

Figura 8. Variação da rigidez secante final com o tempo de degradação por


campo.


degradação por ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta

e natural no campo.

83


degradação por ciclos de saturação e secagem, radiação

ultravioleta e natural no campo.

Figura 11. Variação da rigidez secante a 10% de deformação com o

tempo de degradação por ciclos de saturação e secagem,

radiação ultravioleta e natural no campo.

84

5.1.1 Materiais Intactos

O comportamento mecânico da geomanta de fibra de sisal pode esta relacionada

com a origem dos materiais e sua composição química, podendo sugerir uma diferença

na resistência a tração de acordo com a variação da origem da fibra de sisal utilizada

como matéria prima. Segundo Martin et al., 2009, os resultados obtidos para a fibra de

sisal cultivada no Brasil em relação às propriedades de resistência à tração, módulo de

elasticidade e porcentagem de alongamento mostraram que a resistência e o módulo da

elasticidade na região da folha próxima a raiz, ou parte basal são baixos, enquanto que a

deformação é alta, sendo a parte intermediária mais resistente e rígida e, a parte apical

apresenta rigidez moderada folha. Assim pode-se sugerir que em uma mesma peça de

geomanta pode-se ter fibras com diferentes propriedades mecânicas. Ainda atribui os

altos valores para os desvios padrão em testes de resistências mecânicas de fibras de

sisal a variação de diâmetro e com parâmetros estruturais das fibras naturais.

As fibras vegetais são compostas basicamente de celulose e lignina entre outros

compostos em menor quantidade, o conjunto deste composto se traduz em

características específicas para cada material (SANTIAGO e SELVAM, 2007).

Pode ser constata do uma menor dispersão dos resultados dos materiais intactos

quando relacionados com os outros materiais degradados, esta menor dispersão pode

sugerir um aumento da heterogeneidade dos materiais quando submetidos a degradação.

Joseph et al., (2003) citado por Rodrigues (2007), afirma que as propriedades

mecânicas dependem da orientação das fibras, no qual o desempenho estrutural pode ser

avaliado por análises mecânicas na direção do alinhamento das fibras em diferentes

frações de volumes das fibras. É fato que o material intacto apresentou resistência a

tração inferior ao observado no segundo nível de degradação por saturação e secagem,

como também bem inferior ao apresentado pelo fabricante.

5.1.2 Degradação Natural em Campo

Para as amostras degradadas naturalmente no campo pode ser observada elevada

queda na resistência em relação ao material intacto para o primeiro e segundo ciclo de

degradação (90 e 180 dias). O segundo nível de degradação apresentou a menor

85

resistência atração para todos os ensaios realizados, o nível elevado de degradação pode

ser observado na Figura 12.

Figura 12. Corpos de prova submetidos à degradação natural em campo; (a) após 90

dias de degradação e (b) 180 dias de degradação em campo.

O primeiro nível de degradação (90 dias) ocorreu alteração na cor com a perda

de brilho da fibra, foi constatado também e o início do desenvolvimento da vegetação

rasteira (figura 13), sendo que quase totalmente revegetado no segundo nível de

degradação (180 dias), fato que pode ter propiciado a formação de um ”microclima”

potencializando reações químicas e ação biológica contribuindo para a aceleração da

degradação.

Carneiro et al., (2006) observou alteração na cor de geotêxteis submetidos à

degradação natural, ele atribuiu ao acumulo de pequenas partículas nas fibras. Observou


degradação e que aos 9 meses de exposição era possível observar a liberação de

pequenos pedaços de fibras indicando a ocorrência de despolimerização, após 12 meses

de exposição pode ser observado que a estrutura apresentava-se bastante danificada

tendo ocorrido diminuição considerável da espessura do material.

O período do ano que foi implantado o experimento com maior incidência de

radiação ultravioleta e alta umidade relativa do ar devido à proximidade do Rio São

Francisco constituem também variáveis que possivelmente contribuirão para a

aceleração da degradação e a nulidade da resistência nos corpos de prova submetidos ao

b) a)

86

ciclo de 180 dias de degradação natural. A exposição no Verão, devido às elevadas

temperaturas e ao aumento da radiação UV que atinge a superfície terrestre, é mais

severa para os materiais que no Inverno. A radiação UV incidente varia dependendo do

local geográfico, da existência de nuvens e/ou nevoeiro, da proximidade de ambientes

industriais, entre outros fatores (CARNEIRO et al., 2006).

Figura 13. As geomantas de fibra de sisal submetidas a degradação natural em

campo: (a) Após 90 dias de degradação e (b) após 180 dias de

degradação.

5.1.3 Degradação acelerada em laboratório

Apesar de vantagem da rapidez, a degradação acelerada em laboratório pode


amostras (SILVA, 2002).

É possível observar com os resultados obtidos para a degradação acelerada em

laboratório com ciclos de saturação e secagem e exposição à radiação ultravioleta que

os procedimentos de degradação adotados afetam a estrutura das geomantas diminuindo

sua resistência. As amostras degradadas pela exposição aos ciclos de condensação e à

radiação ultravioleta apresentaram maiores níveis de degradação com o aumento de

tempo de degradação.

a) b)

87

A degradação por ciclos de condensação e exposição à radiação ultravioleta foi o

procedimento que apresentou maiores efeitos de degradação porem a degradação em

campo apresentou maior intensidade.

6 Conclusões

Os corpos de prova do material intacto apresentaram resistência menor que os

materiais degradados em campo, e em laboratório contrariando a bibliografia

consultada.

Para a metodologia utilizada à degradação em campo apresentou os maiores

níveis de degradação da geomanta, apresentando resistência, observando que para o

primeiro nível de degradação a força de tração empregada foi superior ao do material

intacto.

Com os dados obtidos não foi possível manter uma relação entre os níveis de

degradação em campo e em laboratório, sendo necessário novas pesquisas com

diferentes tempos de degradação e outros métodos de degradação em laboratório para

traçar tal paralelo.

Quanto à resistência a tração não confinada, existe uma redução da resistência a

tração com a degradação do material estudado. O tratamento que apresentou maiores

níveis de degradação foi o natural em campo apresentando uma sensível redução para o

segundo nível de degradação (180 dias).

7 Recomendações

Realizar trabalhos que avaliem os efeitos do clima na degradação das geomantas

de fibra de sisal.

Realização pesquisas que envolvam a degradação biológica das geomantas.

Realização de ensaios reduzindo os tempos de degradação natural e aumentando

os temos de degradação em laboratório, como também reduzindo os intervalos entre os

níveis de degradação.

Para melhor simulação da situação de campo, sugere-se realizar experimentos

88

envolvendo diferentes tratamentos de degradação concomitantemente para os mesmo

corpos de prova.

Após a o ajuste de metodologia fazer os cálculos de simulação de previsão de

comportamento a longo prazo para a geomanta de fibra de sisal.

89


ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12824:

Geotêxteis – Determinação da resistência à tração não-confinada – Ensaio de tração de

faixa larga. Rio de Janeiro, 1993.

BANDEIRA, A. A. Evolução do processo erosivo na margem direita do Rio São





CARNEIRO, J. R., ALMEIDA, P. J., LOPES, M. DE L. Durabilidade de geotêxteis

expostos a diversos fatores climatéricos. 10.º Congresso Nacional de Geotecnia.

Anais... 2006.

CEMIG - COMPAHIA ENERGÉTICA DE MINAS GERAIS. Controle de erosão em








MARTIN, Adriana R.; MARTINS, Maria A.; MATTOSO, Luiz H. C. and SILVA,

Odilon R. R. F.. Caracterização química e estrutural de fibra de sisal da variedade

Agave sisalana. Polímeros [online]. 2009, vol.19, n.1 [cited 2010-04-27], pp. 40-46.



90






OLIVEIRA, V. S. Caracterização morfométrica da margem direita do rio São

Francisco em processo de erosivo utilizado modelagem numérica do terreno e seus

efeitos nos agroecossistemas. – Anais – III Simpósio Regional de Geoprocessamento e

Sensoriamento Remoto, Aracaju, SE, 2006.




SANTANA, S. A. Relações entre estabilidade de taludes e os processos erosivos no

baixo São Francisco/SE. 132 f. Dissertação (Mestrado em Agroecossistemas). Núcleo

de Pós-Graduação e Estudos em Recursos Naturais, Universidade Federal de Sergipe,

São Cristóvão, 2008.






2002.




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