Abordagem Geotécnica do Fator Erodibilidade

Bastos (1999) dá ênfase às pioneiras pesquisas iniciadas na década de 60 que foram desenvolvidas no Laboratório Nacional de Engenharia Civil de Portugal e pelo Laboratório de Engenharia de Angola. O objetivo era estabelecer critérios de erodibilidade para solos tropicais encontrados em cortes de estradas. Os pesquisadores destes laboratórios modelaram o solo de encosta frente à erosão como um talude sujeito a uma tensão tangencial que corresponde à tensão cisalhante. A resistência à erosão então é identificada como sendo a resistência ao cisalhamento dada pela lei de Coulomb, generalizada ao escoamento superficial em taludes. Segundo os mesmos autores, ensaios específicos para avaliação da erodibilidade, os chamados ensaios de erosão, ainda não são totalmente difundidos no meio geotécnico com exceção dos ensaios destinados a avaliar a dispersibilidade de partículas. Entretanto, alguns destes ensaios merecem citação pelo potencial na previsão da erodibilidade de solos tropicais, como por exemplo, o ensaio de Inderbitzen e o ensaio de desagregação.

Baseado nos principais estudos sobre a erodibilidade de solos tropicais e subtropicais e sob o enfoque geotécnico, Bastos (1999) desenvolveu pesquisas em solos residuais no Rio Grande do Sul e lançou uma proposta de abordagem geotécnica para a previsão da susceptibilidade dos solos residuais à erosão hídrica por fluxo superficial. Três etapas básicas regeram a proposta: a) levantamento de dados preliminares da questão; b) investigação “in situ” do comportamento dos solos frente a erosão com a definição de classes de erodibilidade relativa dos materiais; e, c) avaliar a erodibilidade em laboratório segundo duas alternativas: avaliação direta por ensaios de Inderbitzen ou avaliação indireta por propriedades relacionadas ao comportamento dos solos frente à erosão.

Para o proposto na última etapa, o autor menciona que esta permite identificar solos potencialmente erodíveis,

isto é, que em condições normais são susceptíveis a erosão hídrica. A partir disto, a avaliação indireta é definida contendo três níveis de informaçãoes (crescentes em importância). A primeira fornecendo dados de granulometria, plasticidade, composição do parâmetro K (erodibilidade) da equação da USLE e razão de dispersão. A segunda envolvendo a classificação e ensaios pela Metodologia MCT (Miniatura Compactado Tropical), compostos por ensaios de infiltrabilidade e erodibilidade específica para aplicação do critério de erodibilidade MCT. Por fim, a terceira envolvendo ensaios de resistência ao cisalhamento para quantificação da variação de coesão do solo com a inundação.

2.4.1 Ensaio de Inderbitzen

O ensaio de Inderbitzen (ou erosômetro) é empregado no meio geotécnico por ser considerado de simples manuseio. Inderbitzen (1961) apresenta a concepção original do canal hidráulico e do método de ensaio com duração de duas horas. O equipamento (Figura 1), procura simular como o solo se comporta frente a um fluxo d’água superficial, permitindo determinar a influência de fatores como a densidade e a umidade do solo, a declividade da rampa, a vazão e a duração do fluxo.

Figura 1 – Equipamento de Inderbitzen original Fonte: Fonseca e Ferreira (1981)

O ensaio de Inderbitzen foi introduzido no Brasil pelo Instituto de Pesquisas Rodoviárias no período entre 1975 e 1978, onde foi proposto como ensaio geotécnico para avaliação da erodibilidade dos solos em pesquisas de

estabilidade de taludes. Desde então, outras pesquisas vêm sendo desenvolvidas a partir da idéia original do aparelho de Inderbitzen. Destacam-se, Fonseca e Ferreira (1981), que consideraram um meio útil para determinação da erodibilidade dos solos e, Fácio (1991) e Fácio e Carvalho (1994), que planejaram adaptações nas dimensões do aparelho original e propuseram a normatização do ensaio.

Bastos (1999) propôs que os resultados deste ensaio sejam expressos em peso seco do solo erodido pela área da amostra e plotados em relação ao tempo de ensaio. Ainda, Lemos (2002), pretendendo identificar a erodibilidade relacionada à erosão entre sulcos pelo escoamento superficial e ação da chuva, em áreas com plantio direto e plantio convencional, utilizou um simulador de chuva unido ao equipamento de Inderbitzen. Chamecki (2002) avaliou a susceptibilidade de erosão em solo arenoso e argiloso e também em diferentes circunstâncias de umidade. Freire (2001) sugeriu um ensaio que represente as condições do solo no campo durante as precipitações, denominado de grau de erodibilidade do solo.

Com a modificação no equipamento realizada por Freire (2001), Higashi (2006) avaliou ambos, escoamento superficial e incidência da chuva, sob a superfície do solo. Uma das justificativas em considerar o chuveiramento nas amostras pode estar na constatação de Guerra e Cunha (1995) que afirmam que em uma forte tempestade tropical, o equivalente a um peso de 350 toneladas de água·ha-1

podem ser precipitados em um período de apenas meia hora. Essa energia é suficiente para quebrar a estrutura do solo, formando crostas na superfície, o que dificulta a infiltração. Assim, sabe-se que as modificações desenvolvidas no equipamento de Inderbitzen são importantes para a quantificação da erosão em laboratório, pois caracterizam a erosão autêntica que ocorre em campo (Figura 2).

Bastos (1999) em suas pesquisas realizou ensaios de Inderbitzen para amostras indeformadas verificando uma satisfatória correspondência entre o comportamento em campo e os resultados em laboratório.

Chamecki e Silva (2004) apresentam um estudo da erosão hídrica em argilas com o ensaio de Inderbitzen modificado de Freire (2001), com amostras de solo com secagem ao ar por quinze dias. A pesquisa concluiu que a simulação da erosão com o ensaio modificado apresenta resultados aprimores que os de Inderbitzen (1961) e, segundo Higashi (2006), possibilita comparações.

Figura 2 – Equipamento de Inderbitzen modificado Fonte: Freire (2001)

2.4.2 Erodibilidade a partir da metodologia MCT

Bastos (1999) menciona que as pesquisas sobre a erodibilidade dos solos tropicais e subtropicais foram iniciadas com base em estudos com a Metodologia MCT. Isto possibilitou cobrir vazios deixados pelas classificações geotécnicas e pela associação de Pedologia e Geologia no entendimento do comportamento dos solos tropicais, frente à erosão. O mesmo autor expõe que um método apropriado à previsão da erodibilidade precisa considerar a taxa de infiltração de água na superfície do solo, o efeito da secagem sobre o comportamento dos solos e a necessidade do uso de amostras de solo indeformadas nos ensaios.

Nogami e Villibor (1979) apresentaram um critério de erodibilidade empírico tendo como base a correlação com a conduta frente à erosão. Segundo os autores, as propriedades que consentem prever o comportamento dos solos tropicais com a erosão hídrica são a infiltrabilidade e

a erodibilidade específica. A infiltrabilidade, propriedade hidráulica de solos não saturados, representa a facilidade com que a água infiltra no solo através de sua superfície e é quantificada pelo coeficiente de sorção (s) expresso em cm·√min-1_{. A erodibilidade específica é representada pela}

perda de massa por imersão (pi) expresso em [%]. Esta tem como principal mecanismo o abatimento provocado pelo processo de saturação das amostras, que anula a sucção matricial e gera poropressão positiva capaz de desestruturar e desagregar o solo. Por ser considerado um ensaio simples e pelos bons resultados apresentados em suas pesquisas, Bastos (1999) indica o ensaio de desagregação como critério preliminar na estimativa da erodibilidade.

A partir dos resultados destes dois ensaios, Nogami e Villibor (1979) instituem que a relação pi.s-1_{=52 é o limite}

do critério de erodibilidade, sendo os solos que possuem pi.s-1_{>52 considerados com alta erodibilidade e solos com}

pi.s-1_{<52 são considerados de média a baixa erodibilidade.}

Posteriormente, Pejon (1992) no desenvolver de suas pesquisas de infiltrabilidade, estabeleceu critérios e valores diferentes para a relação pi·s-1 _{considerando um valor}

limite de 40 ao critério de erodibilidade pela metodologia MCT. No entanto, Bastos (1999) relata que os critérios de Nogami e Villibor (1979) e Pejon (1992) são próximos e há pouca influência na erosão (Figura 3).

Figura 3 – Critério de erodibilidade pela metodologia MCT

Higashi (2006) adotando este critério constatou que para a maioria dos solos estudados em suas pesquisas, há

Alta erodibilidade s [cm·√min] Pejon (pi.s-1₌₄₀₎ Nogami e Villibor (pi.s-1₌₅₂₎ 1,0 0,5 0 Baixa erodibilidade pi [%] 60 50 40 30 20 10

uma tendência de aumento progressivo da velocidade de ascensão capilar e a perda de massa por imersão para as amostras secas ao ar. Para o estudo, as amostras foram submetidas ao ensaio na umidade natural e secas ao ar por 24, 48 e 72 horas, onde o autor verificou que à medida que o tempo de secagem aumentava, ocorria um acréscimo dos valores do coeficiente de sorção e perda de massa.