UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
ANA LUIZA CAOVILLA KAIBER
AVALIAÇÃO DA ERODIBILIDADE DE MISTURAS SOLO – RCC
PARA CAMADA DE COBERTURA E PROTEÇÃO DE TALUDES
Sinop - MT
2016/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
ANA LUIZA CAOVILLA KAIBER
AVALIAÇÃO DA ERODIBILIDADE DE MISTURAS SOLO – RCC
PARA CAMADA DE COBERTURA E PROTEÇÃO DE TALUDES
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: Augusto Romanini.
Sinop - MT
2016/2
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Suscetibilidade de erosão do solo em função da sua granulometria. 18 Tabela 2 - Índice de Erodibilidade de acordo com a classe pedológica do solo. 20
Tabela 3 - Quantitativo das Amostras. 25
Tabela 4 - Estimativa de custos para a realização do projeto. 31
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Escoamento superficial. ... 13
Figura 2 - Erosão em sulcos. ... 14
Figura 3 - Erosão em ravinas. ... 15
Figura 4 - Erosão em Voçorocas. ... 15
Figura 5 - Formato das encostas. ... 17
Figura 6 - Equipamento de Inderbitzen Modificado. ... 21
Figura 7 - Slaking Test. ... 26
Figura 8. Ensaio de desagregabilidade. ... 26
Figura 9 - Aparelho de Inderbitzen. ... 26
Figura 10 - Molde para o corpo de prova . ... 27
Figura 11 - Aparelho de Inderbitzen Modificado. ... 27
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.
ABRELPE – Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais.
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente.
EMBRAPA – Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. RCC – Resíduo de Construção Civil.
SECON – Secretaria de Comunicação Social.
SEPLAN – Secretaria de Planejamento e Coordenação Geral. USDA – United States Department of Agriculture.
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Avaliação da erodibilidade de misturas solo – RCC para camada de
cobertura e proteção de taludes. 2. Tema: Engenharia Civil (30100003)
3. Delimitação do Tema: Geotécnica (30103002) 4. Proponente(s): Ana Luiza Caovilla Kaiber 5. Orientador(a): Augusto Romanini
6. Estabelecimento de Ensino: UNEMAT – Universidade do Estado de Mato
Grosso
7. Público Alvo: Profissionais na área e alunos de Engenharia Civil
8. Localização: Avenida dos Ingás, nº 3001, Jardim Imperial, Sinop – MT,
78550-000.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... I LISTA DE FIGURAS ... II LISTA DE ABREVIATURAS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 7 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 9 3 JUSTIFICATIVA... 10 4 OBJETIVOS ... 11 4.1 OBJETIVO GERAL ... 11 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 11 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 12 5.1 EROSÃO DO SOLO ... 12
5.1.1 Principais tipos de erosão ... 12
5.1.2 Erosão Hídrica ... 12
5.1.3 Fatores influenciadores dos processos erosivos ... 16
5.2 ERODIBILIDADE DO SOLO ... 18
5.2.1 Equação Universal das Perdas de Solo ... 19
5.2.1.1 Erosividade da chuva (R) ... 19
5.2.1.2 Erodibilidade do solo (K) ... 20
5.2.2 Ensaios de Caracterização Física ... 20
5.2.3 Ensaio de Inderbitzen ... 21
5.2.4 Ensaio de Desagregação por Imersão ou “Slaking Test” ... 22
5.3 RCC – RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO CIVIL ... 22
6 METODOLOGIA ... 24
6.1 MATERIAIS ... 24
6.1.1 Solo ... 24
6.1.2 RCC – Resíduos de Construção Civil ... 24
6.2 MÉTODOS ... 24
6.2.1 Ensaios Preliminares ... 24
6.2.2 Mistura Solo – RCC ... 25
6.2.3 Ensaio de Desagregabilidade ou “Slaking Test” ... 25
6.2.4 Construção do equipamento de Inderbitzen ... 26
6.2.5 Ensaio de Inderbitzen ... 28
6.2.6 Análise dos resultados ... 30
7 RECURSOS MATERIAIS ... 31
1 INTRODUÇÃO
A execução de corte e aterros acarreta, na maioria dos casos, o surgimento de taludes. Esses taludes estão sujeitos a ações externas e internas que afetam a sua estabilidade (GEORIO, 2000).
Um dos agentes que atua de diversas formas é a água. A ação da água pode atuar tanto aumentando as poropressões, com a elevação do lençol freático, quanto causando erosões na camada superficial do aterro, devido à precipitação. Da camada de proteção, espera-se que ela seja resistente às solicitações que são impostas pela ação da água no âmbito externo, conhecida popularmente como erosão. Esta erosão pode tornar o aterro instável ou até mesmo levá-lo a ruptura (GERSCOVICH, 2012).
Esta camada superficial pode ser constituída pelo mesmo material que compõe o aterro/corte ou ser confeccionada. Esta camada pode ser natural (vegetação) ou artificial (concreto ou geossintético). Outra alternativa para a construção da camada é a utilização de estruturas mistas, que podem ser constituídas de materiais naturais e artificiais, como geossintético e grama, ou mistura de solo com outros materiais (GEORIO, 2000).
A criação de mistura de solo com outros materiais tem se apresentado interessante, pois na maioria dos casos tem-se um material com qualidades que o solo natural não tinha. Esse processo de estabilização já foi estudado com diversos aditivos em dois solos da região de Sinop – MT. Uma das misturas que se têm mostrado interessante é a adição de Resíduos de Construção Civil (RCC) em solos visando alterar as suas características. Tonelli e Ferraz (2015) e Alves e Benatti (2015) estudaram, por exemplo, adição de misturas solo – cimento e resíduo de concreto e avaliaram a adição de resíduo de construção civil na fração areia em um solo. Nos dois estudos ocorreram resultados positivos em relação ao solo em condição natural. A criação de mistura solo – resíduo de construção civil é interessante visando a reutilização de um material que ainda pode ter um valor agregado e que é gerado constantemente. Analogamente a esse processo, existe uma preocupação ambiental que se caracteriza pela grande quantidade de resíduo produzido, pela falta de um local adequado para a disposição do mesmo e pelo grande volume que é ocupado na sua disposição. Sabendo disto, é proposta a execução de misturas solo e Resíduo de Construção Civil (RCC) e avaliá-las perante a ação da água e, consequentemente, surgimento ou não de erosão, por meio de ensaios de laboratório. A adição desse
resíduo visa reduzir de forma efetiva a susceptibilidade a erosão de um solo, e possivelmente a incorporação do RCC em técnicas de melhoramento do solo para cobertura em aterros.
Para a avaliação da erosão existem diversos ensaios para se determinar a erodibilidade de um solo, porém, todos eles visam identificar características do solo e proporcionam informações para o entendimento destas características.
A erodibilidade pode ser analisada em campo, como também, através de ensaios de laboratório como os ensaios de Desagregabilidade e os ensaios de Inderbitzen e Inderbitzen Modificado. Os resultados destes mesmos ensaios, permitem, posteriormente, propor soluções viáveis e de cunho sustentável para problemas que envolvem a erodibilidade do solo e os processos erosivos.
Neste contexto, pretende-se avaliar a erodibilidade de um solo de Sinop – MT, através de ensaios específicos de erodibilidade. A avaliação será feita em solo puro e em solo misturado ao resíduo de RCC.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Diversas notícias1 são vinculadas ao surgimento da erosão em solos no Estado
de Mato Grosso. Esta erosão afeta tanto solos em situação natural e principalmente impactos ambientais.
Outro problema é a geração de resíduos sólidos. Segundo a Abrelpe (2014), no Brasil, são produzidas aproximadamente 122.262 toneladas de RCC – Resíduo de Construção Civil por dia. Um aumento de aproximadamente 4,1% do coletado pelos municípios brasileiros em 2013.
Segundo levantamento feito por Santos (2012), o município de Sinop – MT, produz aproximadamente 246,24 toneladas desse resíduo por dia. A maioria das cidades brasileiras, incluindo Sinop, não possui local adequado para a disposição desse resíduo, o que gera uma situação muito preocupante do ponto de vista ambiental.
Visando uma solução viável e correta para a destinação deste resíduo, serão realizados estudos da viabilidade do emprego do RCC com solos potencialmente erodíveis, para que se minimizem os danos causados pelos processos erosivos, buscando também uma tentativa de se minimizarem gastos com a implantação de técnicas de melhoramento de um solo para cobertura em aterro.
1 Noticia 1:
http://www.sonoticias.com.br/index.php/noticia/geral/sinop-associacao-espera-governo-conter-erosao-para-asfalto-da-mt-220-nao-cair; Notícia 2:
3 JUSTIFICATIVA
Os solos da região de Sinop – MT, por ser uma região mais plana e de pouca cobertura vegetal são suscetíveis a ação externa da água, podendo acarretar problemas na construção das camadas de proteção de taludes e até efeitos nocivos devido a erosão.
Segundo Vilar e Prandi (1993) os solos potencialmente erodíveis são aqueles que contém partículas de silte e areia fina, com baixo número de argila. Afirma ainda que nos solos em que contém argila e matéria orgânica, grumos são formados, aumentando assim a resistência a erosão.
O município de Sinop – MT, como outros da região, são compostos de solos Lateríticos. O solo a ser estudado possui um alto potencial erodível pelo fato do mesmo estar em uma região de superfície plana, onde há pouca cobertura de proteção vegetal, e também pelo fato do lençol freático da região possuir um nível de água próximo a superfície, caracterizando assim um solo mais suscetível a erosão. Pensando nisto, será realizado um estudo que indica o índice de erodibilidade do solo da região e qual a melhor maneira de reduzir esse índice com a aplicação de RCC, se o mesmo for considerado um solo potencialmente erodível.
O RCC será incorporado em frações diferenciadas de maneira a avaliar a erodibilidade do solo com o reforço do resíduo. A incorporação ocorre porque segundo Cândido (2013) o município de Sinop – MT tem um mercado de construção civil ativo, gerando assim grandes quantidades de resíduo por dia. Dispostos de maneira inadequada, o RCC não recebe nenhum tipo de classificação e tratamento sendo misturado com outros resíduos que não são indicados para reciclagem. Cândido (2013) ainda afirma que 89% de todo o resíduo produzido, em peso, pode ser utilizado para reciclagem de resíduos sólidos da construção civil, ou seja, Classe A.
Essa quantidade significativa implica que a busca por uma utilização ou reaproveitamento desse resíduo pode se tornar viável tecnicamente, para a utilização como cobertura em aterro, desde que os resíduos permaneçam inertes quando adicionados aos solos presentes na região.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Determinar o índice de erodibilidade de um solo da região de Sinop – MT, através de ensaios em laboratório.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Estimar a perda de massa de um solo da região de Sinop – MT;
Obter o índice de erodibilidade do solo através dos ensaios de desagregação por imersão ou “Slaking Test”;
Avaliar a perda de massa de um solo através do ensaio de Inderbitzen;
Avaliar a perda de massa de um solo através do ensaio de Inderbitzen Modificado.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 EROSÃO DO SOLO
O solo é um elemento em constante formação e esse processo de formação se dá através do intemperismo físico, químico e biológico. Segundo Seixas (1984), no decorrer dos milênios fatores hídricos e eólicos vêm desgastando essa formação initerruptamente. A atuação desses fatores, caracterizado como erosão, teve o equilíbrio natural quebrado pelo homem, que alterou o seu processo natural e acelerou a sua ação e aumentou a sua intensidade.
A erosão pode ser dividida do ponto de vista científico de diversas formas. As mais usuais são de cunho geológico – geotécnico e as que visam o uso agrícola.
Bastos (1999) define erosão como um conjunto de processos pelos quais os solos da superfície terrestre são degradados, dissolvidos ou desgastados e carreados de um lugar ao outro por meio de agentes erosivos, podendo ser eles as geleiras, os rios, os mares, o vento ou a chuva,
Portanto, é importante identificar quais são os agentes erosivos, pois eles podem atuar individualmente ou em conjunto para que ocorra determinado tipo de erosão. Identificado este agente, pode-se investiga-lo e propor a melhor intervenção no processo erosivo.
5.1.1 Principais tipos de erosão
As definições de processos erosivos são diretamente relacionadas aos agentes erosivos.
Couto (2015) afirma que no meio geotécnico se dá mais ênfases para a erosão causada pela água, como erosão superficial (laminar e linear), erosão interna (piping) e voçorocamento.
A erosão pode ser encontrada em todos os lugares, porém sua intensidade varia de mais suave à mais acentuada de acordo com cada tipo de ambiente. O tipo de erosão que mais afeta as camadas superficiais do solo é a erosão hídrica.
5.1.2 Erosão Hídrica
Este tipo de erosão é o mais facilmente encontrado, e como o próprio nome sugere, seu agente causador é a água, podendo ocorrer em três vertentes: o efeito do
gotejamento da água na superfície (efeito Splash), o escoamento superficial e o efeito piping.
O splash ou erosão por salpicamento é caracterizado por Guerra e Mendonça (2004) como sendo o início do processo erosivo. A desagregação ocorre pela colisão das gotas da chuva contra um solo exposto e sem vegetação. Este impacto causa uma pequena compactação das partículas do solo (selagem do solo) que dificultam a infiltração da água da chuva originando-se assim irregularidades na superfície do terreno que consequentemente, geram poças com acúmulo de água. Quando essas poças saturam, ocorre o início do processo de escoamento superficial. A erosão por salpicamento tende a ser limitada após a selagem do solo.
O escoamento superficial (Figura 1) passa a se dar quando a intensidade da chuva supera a capacidade de infiltração do solo. Forma-se um fluxo superficial difuso na superfície que causa uma remoção progressiva e uniforme dos horizontes superficiais (BASTOS, 1999).
Figura 1 - Escoamento superficial. Fonte: Embrapa, 2012.
Conciani (2008) divide erosão por escoamento superficial em:
Erosão pluvial por arrastamento: Definida pelo carreamento das partículas do solo pela força da água. No que diz respeito a ação mecânica do transporte dos solos, a erosão pluvial por arrastamento é dividida em laminar, ravinas e voçorocas.
Erosão laminar (intersulcos): Também conhecida como erosão em lençol. Guerra (1999 apud Conciani 2008) expõe que o lençol de água que é formado sobre o solo depois de chuva intensa raramente se apresenta com profundidade uniforme e canais definidos. Quando o solo se encontra saturado inicia-se o processo de escoamento superficial das
águas da chuva onde a erosão em lençol pode ser interrompida ou até mesmo desviada quando o mesmo encontra alguma barreira. Essa erosão se caracteriza em áreas muito extensas onde ocorre a distribuição do desgaste em camadas de um solo.
Erosão linear: Infanti Junior & Fornassi Filho (1998 apud Conciani 2008) definem erosão linear como sendo ocasionada pela aglomeração de linhas de fluxo d’água provenientes do escoamento superficial que resultam em pequenos sulcos que podem evoluir e acabar tornando-se ravinas. Outras modalidades deste tipo de erosão são os sulcos, ravinas e voçorocas.
Esse tipo de erosão, que é caracterizada pela formação de filetes e canais, se apresentam de maneira inicial como sulcos. A Figura 2 apresenta uma situação de formação de sulcos. Os sulcos originam-se das linhas de fluxo d’agua que formam pequenas irregularidades em alguns trechos do terreno. Se este estágio inicial é agravado com a presença de chuva intensa, a erosão pode vir a se transformar em ravinas e voçorocas.
Figura 2 - Erosão em sulcos. Fonte: USDA, 2016.
As ravinas ocorrem no momento em que há um aumento da irregularidade dos sulcos causados pela concentração de água das chuvas em um canal. Segundo IBGE (1999 apud Campos 2014), possuem forma retilínea, alongada e estreita, raramente se ramificam e não chegam a atingir o lençol freático. Pode-se observar o efeito da erosão em ravinas na Figura 3.
Figura 3 - Erosão em ravinas. Fonte: Lima, 2000a.
As voçorocas são o estado mais crítico da erosão e de maior dificuldade de contenção. Segundo Guidicini & Nieble (1984 apud Conciani 2008) essas são geradas ao longo das linhas de drenagem superficiais, o que inicialmente geram irregularidades no solo em formatos “V”. Se o processo de erosão não for interrompido, as ravinas chegam ao lençol freático e a partir deste momento a erosão passa a contar com a contribuição das águas subterrâneas, adquirindo formato em “U”, (Figura 4), agravando assim o estágio erosivo.
Figura 4 - Erosão em Voçorocas. Fonte: Lima, 2000b.
Ainda segundo Conciani, existe um fenômeno de erosão subterrânea denominado erosão interna (piping), que caracteriza-se quando um fluxo de água dentro do maciço de solo acaba carreando internamente as partículas de baixa coesão do mesmo e acaba criando canais dentro do maciço. Esse tipo de erosão só se torna aparente na superfície quando ocorrem recalques devido aos afundamentos dos canais.
Para entender de maneira efetiva esses conceitos, é indispensável conhecer quais são os parâmetros que influenciam de maneira direta nos processos erosivos. Os parâmetros são compostos por fatores que, juntamente com o agente que causa a erosão, podem influenciar o processo de formação, evolução ou prevenção. Medidas mitigadoras também podem ser adotadas a partir da identificação dos fatores.
5.1.3 Fatores influenciadores dos processos erosivos
Segundo Vilar (1990 apud Conciani 2008) a susceptibilidade do solo à erosão é influenciada pelas suas propriedades físicas, hidrológicas, químicas, mineralógicas, biológicas e bioquímicas, através dos fatores de textura, estrutura, tamanho dos torrões, cultivo do solo, formação de crostas, resistência ao cisalhamento, retenção de água, transmissão da água no solo, infiltração, permeabilidade sistema solo-água, matéria orgânica e argilo-minerais, além das características do perfil.
O processo erosivo é muito complexo, possuindo diversos fatores condicionantes. Conciani (2008) avaliou e dividiu esses fatores em: granulometria, limites de liquidez e plasticidade, sucção, forma da encosta, pedologia, permeabilidade, cobertura, ação antrópica e compactação. Todos esses fatores influenciam no processo erosivo de um solo, porém, do ponto de vista geotécnico, apenas alguns deles possuem maior relevância.
O tipo de solo representa grande importância, juntamente com as características de cada solo. Segundo Mota (1981), esses itens influem no processo erosivo. Dependendo do tipo de textura e estrutura, será menor ou maior a quantidade de solo erodida. A textura é correlacionada com o tamanho das partículas e a estrutura com o agrupamento e arranjo das mesmas. Nesse conceito, é importante destacar o tipo de solo presente na região do norte do Mato Grosso. Sabe-se que os solos tropicais são divididos em Solos Lateríticos (subdividido em Latossolos e Podzólicos) (SEPLAN – MT, 2001) e Solos Saprolíticos e, que, segundo SEPLAN-MT (2003), o norte do Mato Grosso possui características predominantes de solos latossólicos e podzólicos.
A granulometria influi diretamente nos processos erosivos, sendo assim, uma das propriedades mais estudadas. Conciani (2008) afirma que solos como siltes e areias finas e com pouca quantidade de argila são os mais suscetíveis a erosão. Isso se dá, basicamente, pela ausência de coesão na resistência ao cisalhamento de um
solo. Solos de características argilosas e siltosas têm valores de coesão maiores e, portanto, são mais resistentes à erosão.
A sucção, segundo Conciani (2008), um valor de poro-pressão negativa decorrente da insuficiência de água para saturar o solo. Em outras palavras, é a energia que um elemento poroso exerce para absorver água do solo. Quanto maior a sucção de um solo, maior a sua resistência ao cisalhamento. Apesar de mais resistentes, esses solos são os mais suscetíveis a erosão, pois a entrada de água em sua estrutura faz com que ocorra uma perda de resistência de forma abrupta. Portanto, quanto maior a sucção inicial, maior a erodibilidade.
A forma da encosta é considerada um fator de grande importância na erodibilidade do solo, visto que o escoamento superficial se dá em toda a superfície do terreno, Conciani (2008) afirma que a declividade influência de forma direta na velocidade do escoamento e na taxa de infiltração de água no solo, portanto, quanto mais íngreme a encosta maior será o seu potencial de erosão. Segundo estudos realizados por Vilar (1990), as encostas que possuem formas convexas são as que apresentam um potencial erodível maior. As encostas podem tomar as características conforme visualiza-se na Figura 5.
Figura 5 - Formato das encostas. Fonte: Adaptado de Riffel, 2012.
Para Marques (1977 apud Conciani 2008) o solo compactado tem sua erodibilidade afetada pela umidade de moldagem. Esses valores conduzem a formas diferentes de arranjos estruturais no solo, os quais por sua vez, se comportam de maneira diferenciada frente ao processo erosivo. Quando o solo é compactado no ramo úmido, a erosão atua removendo as partículas. Quando em ramo seco (mais suscetível a erosão), são destacados grupos de partículas.
Portanto, percebe-se que o processo de erosão é muito complexo e que para ser avaliado de maneira específica, é necessário fazer um apanhado geral da situação do solo. A partir disso, pode-se definir conceitos de erodibilidade e estimar, através de diversos métodos, as perdas de massa ocorridas no solo.
5.2 ERODIBILIDADE DO SOLO
A erodibilidade é uma propriedade do solo que está intimamente ligada à ocorrência da erosão do solo. Couto (2015) afirma que a erosão não é a mesma em todos os tipos de solo, pois eles diferem quanto às suas propriedades físicas (estrutura, textura, permeabilidade, etc.), químicas e biológicas. Logo, o termo erodibilidade pode ser caracterizado pela facilidade com que o solo tende a ser desagregado e carreado pela ação de diferentes agentes erosivos.
Couto (2015) frisa que a granulometria é um dos fatores de maior influência para se definir os efeitos erosivos sobre um solo. A Tabela 1, desenvolvida por Llopis Trillo (1999), analisa a suscetibilidade de um solo conforme a sua granulometria, baseando-se no Sistema Unificado de Classificação de Solos.
Tabela 1 - Suscetibilidade de erosão do solo em função da sua granulometria.
Símbolo Descrição do Solo Índice de Erodibilidade GW Pedregulho e mistura de pedregulho e areia bem graduados,
com pouco ou sem finos
Menos erodível
GP Pedregulho e mistura de pedregulho e areia mal graduados, com poucos ou sem finos
SW Areias e siltes pedregulhosas bem graduadas, com poucos ou sem finos
GM Cascalho siltoso, misturas de cascalho e areia, areia e silte CH Argilas inorgânicas de plasticidade elevada, argilas gordas
CL
Argilas inorgânicas de plasticidade baixa ou média, argilas pedregulhosas, argilas arenosas, argilas siltosas, argilas
magras
OL Siltes orgânicos, siltes e argilas orgânicas de plasticidade baixa
MH Siltes inorgânicos, solos arenosos finos ou siltosos micáceos e diatomáceos, solos elásticos
SC Areias argilosas SM Areias siltosas
ML Siltes inorgânicos e areias muito finas, pó-de-pedra, areias
finas siltosas ou argilosas e siltes argilosos pouco plásticos Mais erodível Fonte: Adaptado de Llopes Trilo (1999)
Porém, outros autores como Bastos (1999) e Vilar (1990) apud Conciani (2008), afirmam que para se analisar a erodibilidade de um solo, são necessários muitos outros fatores. Nesse sentido, com os passar dos anos, várias metodologias foram
apresentadas, e algumas até modificadas, na intenção de correlacionar as propriedades do solo com os processos erosivos.
No meio geotécnico, a erodibilidade é avaliada por meio de métodos empíricos e ensaios de laboratório. Dentre os mais utilizados estão o método da USLE, os ensaios de Caracterização Física, Inderbitzen e Ensaio de Desagregação por Imersão.
5.2.1 Equação Universal das Perdas de Solo
Em 1960 surgiram os modelos de erosão, que relacionavam a quantidade de solo removido e carreado. Esses modelos eram puramente empíricos, porém, dentre eles se encontrava a equação mais aceita universalmente até os dias de hoje, A USLE – Equação Universal de Perda de Solo (Universal Soil Loss Equation).
A USLE, portanto, é um modelo empírico que foi desenvolvido na sua versão definitiva em 1978 por Wischmeier e Smith (FAO,1996). Essa equação pemite avaliar a perda de massa do solo de uma determinada área através de coeficientes que expressam os diferentes condicionantes capazes de afetar a erosão em um terreno.
𝐴 = 𝑅. 𝐾. 𝐿. 𝑆. 𝐶. 𝑃 Onde:
A → Perda de solo prevista (t/ha.ano); R → Coeficiente erosividade da chuva; K → Coeficiente de erodibilidade do solo;
L → Fator que leva em conta o comprimento da encosta; S → Fator que leva em conta a declividade da encosta;
C → Fator que leva em conta a cobertura e o manuseio do solo; P → Fator que considera as práticas de controle e erosão adotada. 5.2.1.1 Erosividade da chuva (R)
Esse é o fator que faz uma estimativa da erosividade causada pela chuva. Moreira e Pires Neto (1998 apud Conciani 2008) combinaram fatores como intensidade, duração e distribuição anual para chegar na equação simplificada para o cálculo de R.
𝑅 = 𝑝
2
𝑃 Onde:
p → Precipitação média do mês mais úmido; P → Precipitação média anual.
R → Erosividade da chuva
Quando se leva em conta a intensidade e a duração das chuvas a equação mais recomendada é:
𝑅 = 𝐸 . 𝐼30
Onde:
E → Energia cinética total de uma chuva;
I30 → Intensidade máxima da chuva em 30 minutos.
5.2.1.2 Erodibilidade do solo (K)
Neste fator, são consideradas várias características do solo, como estruturais, texturais, de permeabilidade, de plasticidade, teor de matéria orgânica, etc. O índice K varia de 0,0 a 10,0 e é obtido pela Tabela 2, que avalia o índice de erodibilidade do solo de acordo com a sua classe pedológica.
Tabela 2 - Índice de Erodibilidade de acordo com a classe pedológica do solo. Classe Índice de Erodibilidade (K) Classe pedológica
1 8,1 - 10,0 Cambissolos, Neossolos, Alissolos, Espodossolos, Neossolos Quartzarênicos
2 6,1 - 8,0 Luvissolos Crômicos
3 4,1 - 6,0 Argissolos, Latossolo Vermelho - Amarelos de textura argilosa.
4 2,1 - 4,0 Latossolos de textura média, Argissolo Vermelho escuros, Chernossolos.
5 0,0 - 2,0 Gleissolos, Neossolos Aluviais e/ou Hidromórficos, Planossolos.
Fonte: Adaptado de Conciani (2008)
Apesar da equação da USLE ser mundialmente aceita, ela foi desenvolvida para calcular a erodibilidade do solo em campo. Visto que o objetivo deste trabalho é obter índices de laboratório, a equação não será utilizada, porém, ela pode servir para futuras pesquisas de modo a comparar resultados de campo com resultados laboratoriais.
Os ensaios de caracterização física do solo são essenciais para as análises de erodibilidade, uma vez que, comforme Jacintho et al (2006 apud Campos 2014), essa caracterização tem sua relação com a erodibilidade considerada simples e direta, principalmente quando se trata de solos tropicais. As partículas dos mesmos são agregadas com a ocorrência da intemperização, o que gera resultados contraditórios quanto a relação granulometria e erodibilidade.
Os principais ensaios de caracterização física são: granulometria conjunta, limites de liquidez, limites de plasticidade, massa específica do solo, teores de umidade e massa específica dos sólidos
5.2.3 Ensaio de Inderbitzen
O ensaio de Inderbitzen, desenvolvido em 1961, constitui-se de um aparelho simples que simula, em laboratório, as condições em que a erosão ocorre em campo, e que avalia a erodibilidade através do escoamento superficial, inclinação e teor de umidade da compactação da amostra. Esse aparelho foi inicialmente constituído de uma rampa com inclinação, onde uma amostra de solo é colocada sob a mesma e, na parte superior, existe um reservatório que escoa a água por toda a superfície da rampa.
Buscando uma situação mais parecida com a realidade, Freire (2001), propôs o Ensaio de Inderbitzen Modificado, no qual são adicionadas duas linhas de “gotejamento” ao equipamento original (Figura 6), podendo simular o escoamento das gotas de chuva chamado efeito splash. O ensaio permite que se adotem inclinações para o escoamento superficial, que irão simular a forma da encosta.
Figura 6 - Equipamento de Inderbitzen Modificado. Fonte: Freire (2001).
5.2.4 Ensaio de Desagregação por Imersão ou “Slaking Test”
O ensaio de desagregação tem como objetivo principal a verificação da susceptibilidade a desagregação de uma amostra de solo, independentemente da dispersão do material estudado. As amostras podem ser cúbicas ou cilíndricas e as imersões podem ser totais ou parciais.
O ensaio foi desenvolvido inicialmente em 1977 por Holmgren & Flanagan e consiste, basicamente, em imergir amostras indeformadas parcialmente e, em processo gradativo, até imergi-las totalmente. Já, Santos e Camapum (1998) propuseram um ensaio com inundação controlada. Após o ensaio, é possível fazer uma verificação do nível de desagregabilidade do solo e uma classificação da reação do solo quanto à inundação.
A classificação se dá de acordo com os seguintes elementos:
Sem Resposta: Quando as amostras mantem sua forma e tamanho originais.
Abatimento (Slumping): Quando a amostra sofre desintegração e forma uma pilha de material desconstituído.
Fraturamento: Quando a amostra se quebra em fragmentos, porém mantém sua forma original das faces externas.
Dispersão: Quando as paredes da amostra se desagregam e formam uma “nuvem” coloidal que cresce à medida que a amostra se dissolve.
5.3 RCC – RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
A indústria da construção civil atua de forma evidente na sociedade, porém, essa atuação ainda se dá de maneira muito artesanal, o que consequentemente, gera um volume elevado de resíduos. Esses resíduos são denominados RCC – Resíduos de construção e civil.
Segundo CONAMA (2002) “Resíduos da construção civil: são os provenientes das construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras e compensados, forros, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plástico, tubulações, fiação elétrica, etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliça ou metralha.”
Na maioria das vezes, esses resíduos não possuem um local de descarte apropriado e acabam sendo descartados de maneira inapropriada na natureza, gerando degradação da qualidade ambiental e causando grandes impactos ambientais.
6 METODOLOGIA
6.1 MATERIAIS
6.1.1 Solo
Segundo Cidades (2005), conforme a pedologia, o solo predominante do município de Sinop – MT é o latossolo vermelho – amarelo, com areias quartzosas e plintossolos.
O solo utilizado nessa pesquisa será um solo local comumente conhecido como “amarelo”, coletado através do uso de enxadas e pás. Após a coleta, o solo será armazenado em sacos plásticos e transportado para o laboratório de Engenharia Civil da UNEMAT, Campus de Sinop.
A escolha do solo se deve pelo fato deste constituir a camada superficial típica da região, sendo esta, possivelmente, a mais suscetível a erosão.
6.1.2 RCC – Resíduos de Construção Civil
Os resíduos de construção civil serão coletados em obras do município de Sinop. A escolha da faixa granulométrica seguirá a utilizada por Alves e Benatti (2015), ou seja, a fração areia.
6.2 MÉTODOS
Todos os métodos a serem utilizados, seguem normas específicas como da ABNT. Serão estudadas amostras de solo puro e misturas de solo com RCC.
6.2.1 Ensaios Preliminares
Após a coleta, será realizada a caracterização geotécnica do solo e do RCC através da aplicação dos seguintes procedimentos:
a) Determinação do Limite de Liquidez (ABNT, 1984a); b) Determinação do Índice de Plasticidade (ABNT, 1984b); c) Determinação do Peso Específico dos Sólidos (ABNT, 1984c); d) Análise granulométrica (ABNT, 1984d);
e) Obtenção da curva de compactação na energia do Proctor Normal (ABNT,1986).
6.2.2 Mistura Solo – RCC
As misturas solo – RCC serão realizadas nas seguintes proporções: Mistura 01 – 100% Solo e 0% RCC
Mistura 02 – 75% Solo e 25% RCC Mistura 03 – 50% Solo e 50% RCC
Para estas misturas, além dos ensaios realizados no item 6.2.1, também serão conduzidos os Ensaios de Desagregabilidade e os Ensaios de Inderbitzen “normal” e adaptado que são descritos a seguir. As amostras serão compactadas no teor de umidade ótimo obtido através do ensaio de compactação.
Serão confeccionadas 72 amostras, divididas conforme a Tabela 3:
Tabela 3 - Quantitativo das Amostras.
Mistura 1 Mistura 2 Mistura3 Slaking Test 6 6 6
Inderbitzen 9 9 9 Inderbitzen Modificado 9 9 9
Fonte: Arquivo Pessoal, 2016.
6.2.3 Ensaio de Desagregabilidade ou “Slaking Test”
Esse ensaio foi adaptado para ser feito em solos e foi descrito por Silva e Lacerda (2001). O ensaio consiste em moldar um corpo de prova cúbico ou cilíndrico de 6 cm e submetê-lo a diferentes níveis de inundação para poder observar os efeitos sofridos pela amostra durante a submersão. Os três tipos de mistura serão submetidas a este ensaio.
A inundação deverá ser feita em 4 diferentes estágios: no primeiro, coloca-se a amostra de solo sobre uma placa porosa dentro de um Becker e preenche-se com água destilada até a base da amostra, que permanece saturando por capilaridade por 30 minutos; no segundo estágio adiciona-se água destilada até 1/3 da altura da amostra onde permanece por 15 minutos; no terceiro estágio eleva-se o nível para 2/3 da amostra que fica parcialmente submersa por mais 15 minutos; e por último, no quarto estágio, submerge-se a amostra totalmente onde permanece por 24 horas. (Figura 7)
Figura 7 - Slaking Test. Fonte: Tony Hansen.
Ao término do ensaio, serão feitas avaliações para se definir o comportamento do solo na erosão quanto à reação à inundação. Neste ensaio, espera-se que as amostras apresentem os comportamentos descritos por Quirino et al (2014), na Figura 8, onde tem-se: a) sem resposta; b) faturamento, c) abatimento e d) dispersão.
Figura 8. Ensaio de desagregabilidade. Fonte: Quirino et al,2014
6.2.4 Construção do equipamento de Inderbitzen
O equipamento Inderbitzen Tradicional será construído utilizando placas de acrílico recortadas e coladas conforme o proposto por Ide (2009). A construção é simples e o equipamento permite ajustes na rampa para que se atinja a inclinação necessária, que pode variar de 0º até 50º. O equipamento (Figura 9) é uma adaptação do equipamento original proposto por Inderbitzen (1961).
Figura 9 - Aparelho de Inderbitzen. Fonte: Adaptado de Ide, 2009.
A rampa do equipamento tem dimensões de 30,00 cm de largura por 60,00 cm de comprimento. O molde para o corpo de prova será cilíndrico, com diâmetro interno de 10,00 cm e altura de 5,00 cm, moldado em PVC rígido, conforme a Figura 10.
Figura 10 - Molde para o corpo de prova . Fonte: Arquivo Pessoal, 2017.
O equipamento de Inderbitzen Modificado será construído conforme a proposta de Higashi (2006). Ele utiliza tubos de PVC e um chuveiro que simula a ação das gotas de chuva. A modificação do aparelho consiste em acrescentar dois canos com perfurações a uma distância de aproximadamente 20 cm da amostra, que possuem uma vazão mínima, suficiente para produzir um gotejamento. As dimensões utilizadas para a construção seguirão as propostas por Silva et al (2013). A Figura 11 apresenta o equipamento adaptado.
Figura 11 - Aparelho de Inderbitzen Modificado. Fonte: Adaptado de Higashi, 2006.
Para este ensaio a inclinação será ajustada conforme a posição do plano inclinado, podendo-se seguir as mesmas do primeiro equipamento. A amostra terá dimensões quadradas de aresta igual a 10,00 cm e altura igual a 5,00 cm. Estas dimensões são adotadas com intuito que em ambos os ensaios as amostras tenham dimensões semelhantes.
Em ambos os equipamento o sistema de alimentação será o mesmo e será constituído por um sistema de mangueira, registro e um rotâmetro. O rotâmetro será o equipamento utilizado para manter a vazão constante durante o ensaio.
O rotâmetro disponível mede vazões de 100 L/h (28 mL/s) até 1000 L/h (280 mL/s), A Figura 12 apresenta um rotâmetro semelhante ao que será utilizado no ensaio.
Figura 12 - Rotâmetro. Fonte: Google Imagens, 2017.
6.2.5 Ensaio de Inderbitzen
As amostras serão compactadas diretamente no molde circular ou quadrado e da mesma forma das realizadas no ensaio de desagregabilidade, porém ocorrerá um tempo de cura ao ar de 24 horas para as 9 amostras. Serão selecionadas 3 amostras e submetidas diretamente ao ensaio de Inderbitzen. Outras 3 amostras serão submetidas a uma imersão prévia parcial (metade da altura da amostra) pelo período de 15 minutos. A ultimas 3 amostras serão submetidas a uma imersão prévia total de 15 minutos. Estes dois últimos procedimentos visam reduzir o efeito da sucção na realização do ensaio.
No primeiro equipamento, a amostra será colocada próxima ao fundo. O fluxo será ligado e a amostra estará disposta de uma maneira que a sua superfície permaneça no mesmo nível em que a rampa. A altura da lâmina de água será obtida em função da vazão estabelecida no momento do ensaio, esta altura também pode
ser obtida por meio da equação abaixo, onde h é altura da lamina de água, Q é a vazão, v é a velocidade do fluxo e L a largura da rampa.
ℎ = 𝑄 𝑣 . 𝐿
Por se tratar da primeira avaliação, optou-se por realizar o ensaio utilizando. A inclinação de 20º proposta por Freire (2001) e utilizada por Grando (2011). A inclinação da rampa pode ser ajustada diretamente no equipamento.
A vazão escolhida foi fixada em 50 mL/s foi escolhida conforme proposto por Ide (2009) e corresponde a uma precipitação de 28 mm em 30 minutos no município de Bauru - SP, porém a escolha da mesma vazão se justifica pelo fato de diversos autores a utilizarem e ainda ser a vazão que proporciona o melhor desempenho do equipamento.
O ensaio será baseado no proposto por Campos (2014), onde cada amostra será submetida um fluxo de água por cerca de 30 minutos e o material erodido será coletado nos intervalos decorridos de 1, 5, 10, 15 e 30 minutos. O material coletado será armazenado em recipientes limpos e secos, onde serão separados o solo da água em um conjunto de peneiras de malhas #50 (0,297 mm) #100 ((0,150 mm), e #200 (0,074 mm) e posteriormente secos em estufas e pesados.
É medida a perda em peso de solo seco erodido com relação a área da amostra e o tempo de fluxo, obtendo-se assim, gráficos expressos em perda acumulada de solo (g/cm²) por tempo (minutos).
Segundo Conciani (2008), para determinação do fator de erodibilidade K é necessário o cálculo da Tensão hidráulica cisalhante da amostra:
𝑆 = 𝛾𝑤 . 𝐻 . cos 𝛼
Onde:
S = Tensão hidráulica cisalhante atuando na amostra; γ𝑤 = Peso específico da água;
H = Altura da lâmina d’agua atuando sobre a amostra; α = Ângulo de inclinação da calha (em relação à horizontal).
𝐾 = 𝑀𝑠 𝐴 . 𝑡 . 𝑆 Onde:
K = Fator de erodibilidade;
t = Tempo de ensaio (minutos); A = Área da amostra (cm²);
S = Tensão hidráulica cisalhante atuando na amostra (Pa).
Para o segundo equipamento, a vazão, a inclinação da rampa e a coleta do material erodido seguirá o mesmo processo exposto no item anterior.
Segundo Heidemann (2008 apud Quirino et. al. 2014), a quantificação da erodibilidade considera que um solo é tido como erodível quando mais de 5% da sua massa inicial é desagregada durante o ensaio.
A erodibilidade será calculada pela equação:
𝑒 = 𝑃𝑡𝑒𝑠 𝑃𝑡 . 100 Onde:
𝑒 = Erodibilidade do solo (%);
𝑃𝑡𝑒𝑠 = Peso total do solo seco perdido no ensaio (g); 𝑃𝑡 = Peso total da amostra (g).
6.2.6 Análise dos resultados
A partir dos resultados obtidos pelos ensaios, será possível avaliar o índice de erodibilidade, e a partir disso, determinar se a utilização das misturas será eficaz ou não para a utilização cobertura e proteção de taludes.
A análise consistirá em classificar as misturas como mais erodível ou menos erodível, os resultados serão comparados com as tabelas apresentadas anteriormente, Tabela 1 e Tabela 2, e com os resultados obtidos por Bastos (1999), Higashi (2006), Ide (2009) e Couto (2009) e por fim, será realizado o comparativo proposto por Quirino et al (2014) entre os ensaios de Inderbitzen e Slaking Test (Ensaio de desagregabilidade).
7 RECURSOS MATERIAIS
Os ensaios serão realizados no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade do Estado de Mato Grosso, campus de Sinop – MT.
Os equipamentos para o ensaio de Desagregabilidade que serão utilizados pertencem ao Laboratório.
Para o ensaio de Inderbitzen, os equipamentos serão adquiridos com recursos próprios. A Tabela 4 - Estimativa de custos para a realização do projeto., apresenta uma média de custos que serão necessários para a realização do presente trabalho.
Tabela 4 - Estimativa de custos para a realização do projeto.
Atividade Discriminação Quantidade Preço (R$) Coleta de Amostras
Carro Utilitário - Diária 1 120,00 Sacos plásticos 20 10,00
Outros Gastos 1 20,00 Ensaios
Aparelho de Inderbitzen 1 320,00 Aparelho de Inderbitzen Modificado 1 220,00 Rotâmetro 100-1000 L/h 1 60,00
Total 750,00
8 CRONOGRAMA
A Tabela 5 apresenta o cronograma de atividades do referente trabalho a serem realizadas.
Tabela 5 - Cronograma de Atividades.
Atividade 2017 2018
A M J J A S O N D J Revisão Bibliográfica
Construção do aparelho de Inderbitzen Construção do aparelho de Inderbitzen Modificado Coleta das Amostras
Preparação da Amostra Ensaio de Desagregabilidade Ensaio de Inderbitzen
Ensaio de Inderbitzen Modificado Análise e conclusões
Apresentação e correção
Entrega da versão final
9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
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