UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
TATIANE GONÇALVES ZIMMER
ANÁLISE DA ERODIBILIDADE DE UM SOLO TROPICAL COM
ADIÇÃO DE CIMENTO PORTLAND
Sinop - MT
2018/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
TATIANE GONÇALVES ZIMMER
ANÁLISE DA ERODIBILIDADE DE UM SOLO TROPICAL COM
ADIÇÃO DE CIMENTO PORTLAND
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
2018/2
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Suscetibilidade de erosão do solo em função da sua granulometria ... 16 Tabela 2 – Índice de Erodibilidade de acordo com a classe pedológica do solo. ... 17 Tabela 3 – Obras de estabilização de encostas sem estrutura de contenção
(Modificada de ALHEIROS et al., 2003) ... 19 Tabela 4 – Obras de estabilização de encostas com estrutura de contenção
(Modificada de ALHEIROS et al., 2003) ... 19 Tabela 5 – Obras de proteção para massas movimentadas (Modificada de
ALHEIROS et al., 2003) ... 20 Tabela 6 – Plano de ensaios e número de amostras ... 26 Tabela 7 – Cronograma de Atividades ... 29
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Maior erosão da cidade de Sinop-MT ... 7
Figura 2 – Aterro de rodovia cedido pela erosão ... 8
Figura 3 – Escoamento superficial ... 12
Figura 4 – Erosão em sulco ... 13
Figura 5 – Erosão em ravinas ... 14
Figura 6 – Erosão por voçorocas ... 15
Figura 7 – Equipamento de Inderbitzen Modificado ... 18
Figura 8 - Ponto de coleta pré definido. ... 22
Figura 9 – Cilindro utilizado no ensaio de erodibilidade ... 23
Figura 10 – Variação volumétrica, método físico-químico para o solo vermelho... 25
LISTA DE ABREVIATURAS
EMBRAPA – Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. RCD – Resíduos de construção e demolição.
USLE – Universal Soil Loss Equation.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. PCA – Portland Cement Association.
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Análise de erodibilidade de um solo com adição de cimento Portland. 2. Tema: Engenharia Civil (30100003)
3. Delimitação do Tema: Geotécnica (30103002) 4. Proponente(s): Tatiane Gonçalves Zimmer 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. 9. Duração: 10 meses.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... I LISTA DE FIGURAS ... II LISTA DE ABREVIATURAS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 7 3 JUSTIFICATIVA... 9 4 OBJETIVOS ... 10 4.1 OBJETIVO GERAL ... 10 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 11 5.1 EROSÃO DO SOLO ... 11 5.1.1 Tipos de erosão ... 11 5.1.2 Erosão hídrica ... 12 5.1.2.1 Sulcos ... 13 5.1.2.2 Ravinas ... 14 5.2 ERODIBILIDADE DO SOLO ... 15
5.2.1 Equação universal das perdas de solo ... 16
5.2.1.1 Erodibilidade do solo (K) ... 17 5.2.2 Ensaio de Inderbitzen ... 17 5.3 ESTABILIDADE DE ENCOSTAS ... 18 5.4 MISTURA DE SOLO-CIMENTO ... 20 5.5 ESTADO DA ARTE ... 21 6 METODOLOGIA ... 22 6.1 MATERIAIS ... 22 6.1.1 Solo ... 22 6.1.2 Cimento Portland ... 23 6.2 MÉTODOS ... 23 6.2.1 Ensaios Preliminares ... 23 6.2.2 Dosagem físico-química ... 24
6.2.3 Equipamento de Inderbitzen Modificado ... 25
6.2.4 Procedimento de ensaio ... 26
6.2.5 Análises de resultados ... 27
7 RECURSOS MATERIAIS ... 28
8 CRONOGRAMA ... 29
1 INTRODUÇÃO
A erosão do solo pode ocorrer através de vários fatores que afetam diretamente e indiretamente a sociedade, por isso é um assunto que envolve profissionais de diversas áreas que encontram razões distintas para um mesmo problema.
De acordo com Conciani (2008), a erosão é um processo natural decorrente da ação da água e do vento em contato com o solo, mas esse processo é acelerado quando o homem interfere no meio em que vive através de queimadas, cultivo, ocupação inadequada do solo, extração de minérios e desmatamento.
Com o passar do tempo, as partículas mais leves de solo são carregadas pela ação do vento e da água, modificando visualmente e geologicamente a superfície. Esse processo ocorre de forma lenta naturalmente, porém, após a evolução industrial, a demanda por recursos naturais cresceu de forma acelerada e exagerada e com isso a pecuária, agricultura, mineração, construção de rodovias e principalmente ocupação urbana fez com que as áreas que antes eram de florestas densas e consolidadas que serviam de proteção natural para o solo fossem derrubadas para expansão das cidades e retirada de recursos para suprir as necessidades da humanidade, afetando diretamente a estabilidade do solo e acelerando o processo erosivo.
Segundo a EMBRAPA (2011), os fatores hídricos são os maiores causadores de erosão em solos tropicais, decorrente do processo de formação do solo ser mais acelerado associado ao clima tropical úmido com temperaturas mais elevadas, ação mais intensa da água e abundante presença de organismos que atuam como agentes formadores do solo.
A combinação de solo com outros materiais tem se apresentado interessante, já que na maioria dos casos esses materiais quando misturados com o solo, melhoram suas características que em seu estado natural não possuía.
Esse processo de estabilização já foi estudado com diversos aditivos, como cal, RCD (resíduos de construção e demolição) e cimento em dois solos da região de Sinop – MT. Uma das misturas que se têm mostrado interessante é a adição de cimento Portland para proteção de taludes. Kaiber e Romanini (2017) e Lucena e Romanini (2018) analisaram a adição de RCD e misturas solo – cimento respectivamente. No primeiro estudo verificou-se que não é vantajoso, já que há muita perda de solo, já no segundo estudo a adição de 4% de cimento reduziu a perda de solo, tornando-a usual para utilização de camadas de cobertura de taludes.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
A erosão é um processo natural que o ocorre no solo devido a ação da água e do vento, mas esse processo tem se intensificado devido a intervenção do homem na natureza. Práticas como o desmatamento, a urbanização, o cultivo de terra e a exploração de minerais foram extremamente importantes para o desenvolvimento da humanidade, mas também são os grandes agentes causadores dos processos erosivos.
Conciani (2008) diz que a erosão além de ser um grave problema agrícola, também é um problema urbano, pois em regiões urbanas esse processo atua principalmente nas encostas de morros, ruas não pavimentadas e canais a céu aberto, como é o caso da região de Sinop, onde há um grande número de canais de drenagem a céu aberto.
Várias notícias1 são vinculadas ao desenvolvimento de erosões na região,
recentemente foi feita a recuperação da maior erosão da cidade de Sinop (Figura 1).
Figura 1 – Maior erosão da cidade de Sinop-MT Fonte: Prefeitura Municipal, 2015.
Fundamentalmente o desgaste do solo ocasiona o assoreamento de lagos, acúmulo de toneladas de solo em calçadas e rodovias, interferindo diretamente no cotidiano das pessoas. O material erodido obstrui galerias pluviais que dificulta o
1
escoamento das águas, que em dias de chuvas intensas, nas grandes cidades acaba causando grandes transtornos para a sociedade, como alagamentos e desmoronamentos.
A região centro-oeste já registrou diversas erosões que são causadas principalmente pela falta de planejamento de obras civis, tanto em regiões urbanas, como rodovias. A Figura 2 mostra o desabamento de uma rodovia em consequência da erosão.
Figura 2 – Aterro de rodovia cedido pela erosão Fonte: Globo TVCA, 2017.
Buscando solucionar esses problemas serão feitas análises de erodibilidade de um solo tropical potencialmente erodível com adição de cimento, com o intuito de minimizar os danos causados pelos processos erosivos, buscando também tornar essa solução financeiramente viável e de fácil execução para coberturas em aterro e proteção de taludes.
3 JUSTIFICATIVA
Considerando os problemas apresentados anteriormente, este estudo busca solucioná-los através da adição de cimento para minimizar as perdas de solo e consequentemente solucionar os problemas decorrentes de processos erosivos graves. A adição de cimento no solo possibilita uma menor degradação e garante a estabilidade de taludes com relação a ação da água.
O município de Sinop – MT, como outros da região, são compostos de solos Lateríticos que são solos potencialmente erodíveis e estudos realizados por Romanini et al (2014) mostraram que o solo granular da região reage muito bem com a adição de cimento, apresentando ganhos expressivos de resistência após os processos de molhagem e secagem com perdas insignificantes de massa perante a ação da água.
Portanto, faz-se necessário analisar o potencial de erodibilidade deste solo quando submetido a diversas angulações de taludes, submetendo amostras ao ensaio de Inderbitzen modificado, pois é conhecido que há uma resposta positiva quanto a adição de cimento para o processo de molhagem e secagem.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Avaliar a erodibilidade através do equipamento de Inderbitzen modificado utilizando o solo superficial da região do córrego Nilsa – Avenida das Itaúbas, no município de Sinop – MT e adições de cimento dosadas através do método físico-químico.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar a perda de massa de solo adicionado de cimento para inclinações de taludes com angulações de 15º e 25º através do equipamento de Inderbitzen modificado.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 EROSÃO DO SOLO
O solo se encontra em constante transformação em consequência do intemperismo químico, físico e biológico atuante na sua estrutura. Segundo Couto (2015), o processo erosivo é um fenômeno natural que opera na superfície terrestre desde a sua origem, definido como um processo de separação e movimentação acelerada das partículas do solo que são consequências da ação do vento e da água, que pode sofrer interferência através das atividades humanas que afetam a estrutura do solo e aceleram a erosão.
De acordo com Ávila (2009), os processos erosivos podem ser classificados considerando diversos critérios como natureza, agentes e grau de intensidade. A classificação mais usual leva em consideração a natureza e a ação do tempo de ocorrência das erosões, dividida em dois grupos: erosão geológica ou natural e erosão antrópica ou acelerada.
A erosão natural é o desgaste do solo em equilíbrio com a sua taxa de formação e a erosão acelerada é a ação de destruição sobre o solo constituído, em período de tempo muito menor do que o de sua formação, estas muitas vezes ocasionadas devido a ações antrópicas (BERTONI & LOMBARDI NETO, 2010).
Segundo Bastos (1999) a erosão do solo estabelece uma união de processos pelos quais os materiais da superfície terrestre são deteriorados, dissolvidos ou desagregados e conduzidos de um lugar ao outro por meio de agentes erosivos, tais como os rios, os mares, as geleiras, o vento ou a chuva.
Sendo assim, é possível minimizar ou interromper o processo erosivo através da identificação dos agentes causadores e o tipo de erosão atuante na região, que podem ser acelerados ou retardados conforme a condição da encosta.
5.1.1 Tipos de erosão
Os tipos de erosão podem ser classificados de acordo com seu agente causador, se dividindo em dois grupos, erosão eólica e erosão hídrica. Sendo que o primeiro tipo o desprendimento e transporte de partículas é causado pela ação do vento, e no segundo tipo essas ações são ocasionadas pela água. No Brasil, devido ao clima tropical, a erosão hídrica ocorre com mais frequência e, portanto, é a mais relevante para esse estudo.
5.1.2 Erosão hídrica
Como o próprio nome sugere, é um tipo de erosão que ocorre por influência da água, com maior ocorrência em regiões de clima tropical e de grande relevância para a engenharia geotécnica. A água pode interferir na estrutura do solo seguindo três vertentes: gotejamento da água na superfície (efeito Splash), escoamento superficial e efeito piping.
Segundo Guerra et al (2015), o efeito splash, é também conhecido como erosão por salpicamento, efeito este que marca o início da erosão de um solo, pois é nesse estágio que os agregados sofrem ruptura, se transformando em partículas menores para serem posteriormente transportadas pelo escoamento superficial e selam a superfície do solo devido ao preenchimento dos poros ocasionado pela deposição de agregados. Essa selagem acaba diminuindo a porosidade e aumenta as irregularidades do solo, facilitando o escoamento da água sobre o solo.
“O escoamento superficial (Figura 3) 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 3 – Escoamento superficial Fonte: Embrapa, 2012.
Conciani (2008) divide escoamento superficial em:
Erosão pluvial por arrastamento: É definido pelo deslocamento das partículas do solo em consequência do impacto da água sobre a
superfície terrestre. Com relação a ação mecânica do transporte dos solos, esse tipo de erosão é dividido em laminar, ravinas e voçorocas. Erosão laminar (intersulcos): Segundo Guerra (1999) apud Conciani
(2008) o lençol de água que se forma na superfície do solo no decorrer de um grande período chuvoso raramente apresenta canais precisos e profundidade uniforme. Após um longo período de chuva o solo se torna saturado, e então, o processo de escoamento superficial da água se inicia, no qual a erosão em lençol pode ser suspensa ou até mesmo desviado quando encontra alguma barreira.
Erosão linear: Infanti Junior & Fornassi Filho (1998) apud Conciani (2008) estabelece que a erosão linear é provocada pelo acúmulo das linhas de fluxo d’água procedentes do escoamento superficial que se transformam em pequenas fissuras que podem se desenvolver e se tornarem ravinas. Além das ravinas, as erosões lineares também podem se classificar em sulcos e voçorocas.
5.1.2.1 Sulcos
A erosão em sulcos é o primeiro estágio do processo erosivo linear. Nessa fase há um acúmulo muito grande entre as linhas de fluxo da água que escoa superficialmente, provocando fissuras que posteriormente se transformam em ravinas. De acordo com Seixas (1984) apud Conciani (2008), a progressão deste tipo de erosão é analisada de acordo com a profundidade e a distância entre os sulcos. A Figura 4 apresenta um exemplo de erosão em sulcos.
Figura 4 – Erosão em sulco
5.1.2.2 Ravinas
As ravinas (Figura 5) surgem quando ocorre um aumento significativo nas irregularidades dos sulcos que são causados pelo acúmulo de água da chuva nos canais. De acordo com Guerra (1998) apud Conciani (2008), a maioria das ravinas se originam a uma certa distância do topo das encostas, onde há uma canalização do escoamento das águas, mas, se formadas perto da base dessas encostas, o crescimento da erosão se dá em direção ao topo delas.
Figura 5 – Erosão em ravinas
Fonte: Pensamento Verde, 2017.
Esse processo é definido como o último estágio do processo erosivo e geralmente são irrecuperáveis. Para Guidicini & Nieble (1984) apud Conciani (2008), esse processo é originado nas linhas superficiais de drenagem que caracterizam as ravinas no solo com seções típicas em forma de “V”.
O desenvolvimento dessas ravinas pode alcançar o lençol freático, causando um avanço no processo erosivo e fazendo com que as voçorocas adquiram seção em forma de “U”, ou seja, a voçoroca (Figura 6) atinge um estado em que o seu crescimento se dá mais para os lados do que para montante.
Figura 6 – Erosão por voçorocas Fonte: Acervo pessoal, 2018.
5.2 ERODIBILIDADE DO SOLO
A erodibilidade é uma propriedade do solo que está diretamente relacionada com a ocorrência de erosão no solo. Conciani (2008) define como uma medida que engloba todas as propriedades do solo, considerando as questões de textura, permeabilidade, plasticidade, estrutura, teor de matéria orgânica, etc. Couto (2015) assegura que cada solo reage de uma maneira em relação a erosão, pois cada solo possui suas características particulares, sendo elas, as propriedades físicas (estrutura, textura, permeabilidade, etc.), químicas e biológicas. Sendo assim, o termo erodibilidade pode ser definido pela facilidade que o solo possui em ser separado e conduzido pela ação dos diversos agentes erosivos.
Couto (2015) afirma que a granulometria é uma das características do solo com maior influência na definição dos efeitos erosivos sobre o 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. Entretanto, outros autores como Vilar (1990) e Inderbitzen (1961) apud Conciani (2008), propuseram diversos métodos para análise da erodibilidade de um solo considerando diversos outros fatores como forma da encosta, pedologia, sucção, etc. Sendo assim, com o passar dos anos surgiram várias metodologias para justificar as erosões, e algumas sofreram modificações com o intuito de relacionar as características físico-químicas do solo com os processos erosivos.
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.
5.2.1 Equação universal das perdas de solo
Durante a década de 60 surgiram vários métodos que avaliavam a quantidade de solo removido e careado de maneira empírica e que não eram muito aceitos mundialmente, mas um se tornou referência mundial e é aceito até os dias atuais, que é o método 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). A equação permite avaliar a perda de massa do solo de uma determinada área através de coeficientes que expressam os diversos condicionantes que podem interferir na erosão do terreno em questão.
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 Erodibilidade do solo (K)
O fator (K) é uma medida que contempla as diversas características do solo. A erodibilidade leva em consideração as questões estruturais, texturais, de permeabilidade, plasticidade, teor de matéria orgânica, etc. Esse fator varia de 0,0 a 10,0 de acordo com a classe do solo, conforme apresenta a Tabela 2 que foi desenvolvida pelo IPT (1992) como alternativa para avaliar o valor de K.
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.
Embora a equação da USLE seja mundialmente aceita, ela foi desenvolvida com o objetivo de calcular a erodibilidade do solo em campo. Considerando que este trabalho possui o objetivo de obter índices laboratoriais, a equação não será aplicada, mas pode servir para futuras pesquisas com o intuito de confrontar os resultados obtidos em campo com resultados realizados em laboratório.
5.2.2 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. 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 7), podendo simular o escoamento das gotas de chuva chamado efeito splash. O ensaio permite que se adote inclinações para o escoamento superficial, no qual irão simular a forma da encosta.
Figura 7 – Equipamento de Inderbitzen Modificado Fonte: Kaiber e Romanini, 2017.
5.3 ESTABILIDADE DE ENCOSTAS
Sabe-se que a formação do solo se dá devido a vários processos, fazendo com que apresente comportamentos distintos e não tenha as propriedades adequadas para ser utilizado na engenharia. Conhecidos os processos erosivos apresentados anteriormente, é possível verificar que esses processos ocorrem quando o solo fica desprotegido. Um dos métodos para evitar o surgimento de erosões é a criação de camadas de estabilização de encostas. Sendo assim, diversos métodos químicos e físicos podem ser utilizados para que se garanta a estabilidade em encostas.
De acordo com Santana (2006), deve-se sempre buscar métodos construtivos adequados para cada tipo de situação, seja ela uma encosta ocupada desordenadamente ou uma obra civil qualquer, analisando de forma global a as
condições geotécnicas da encosta e os solos envolvidos. Na Tabela 3 a seguir é apresentado os tipos de obras de estabilização de encostas sem estrutura de contenção.
Por mais que não seja abordado diretamente nessa tabela a adição de cimento ou qualquer outro aditivo químico no solo para evitar o uso de estrutura de contenção para estabilização de encosta. No próprio retaludamento é possível a utilização dessa técnica como proteção superficial.
Tabela 3 – Obras de estabilização de encostas sem estrutura de contenção (Modificada de ALHEIROS et al., 2003)
Grupos Subgrupos Tipos de obras
Retaludamento
Cortes Talude contínuo e escalonado Aterro
compactado Carga de fase de talude (muro de terra)
Proteção superficial
Materiais naturais
Gramíneas
Grama armada com geosintético Vegetação arbórea (mata) Selagem de fendas com solo argiloso
Materiais artificiais
Cimentado
Geomantas e gramíneas Geocélula e solo compactado
Tela argamassada Pano de pedra ou lajota
Alvenaria armada Asfalto ou polietileno
Lonas asfálticas
Drenagem
Interna Drenos sub-horizontais, trincheiras, etc. Externa Canais, canaletas de borda, de pé e de
descida. Estabilização de
blocos
Retenção Tela metálica e tirante
Remoção Desmonte
Fonte: Santana (2006).
Outras opções podem são descritas na Tabela 4 porém com o uso de técnicas mais caras e que demandam estudos mais aprofundados.
Tabela 4 – Obras de estabilização de encostas com estrutura de contenção (Modificada de ALHEIROS et al., 2003)
Grupos Subgrupos Tipos de obras
Muro de arrimo
Solo-cimento Solo-cimento ensacado
Pedra-rachão Pedra seca
Alvenaria de pedra
Concreto Concreto armado
Concreto ciclópico
Bloco de concreto articulado
Bloco de concreto articulado (pré-fabricado, encaixado sem rejunte)
Solo-pneu Solo-pneu
Outras soluções de contenção
Terra armada Placa pré-fabricada de concreto, ancoragem metálica ou geossintéticos. Micro-ancoragem Placa e montante de concreto,
ancoragem metálica ou geossintéticos. Solo compactado e
reforçado
Geossintético
Paramento com pré-fabricados Cortina atirantada
Solo grampeado
Fonte: Santana, 2006.
A
Tabela 5 apresenta obras em que se permite a movimentação da massa algo que não é interessante quando se trata de erosão, dos itens listados o mais comum é o muro de espera.
Tabela 5 – Obras de proteção para massas movimentadas (Modificada de ALHEIROS et al., 2003)
Grupos Subgrupos Tipos de obras
Contenção de massas movimentadas Materiais naturais Barreira vegetal Materiais artificiais Muro de espera
Fonte: Santana, 2006.
O solo é o material mais complexo da construção civil por apresentar características próprias de cada localidade. A busca por opções para estabilizar encostas é frequente e necessária para impedir que este fique suscetível aos processos erosivos. Por consequência, uma alternativa viável é a criação de uma camada resistente a erosão empregando o uso de uma mistura solo – cimento ou solo estabilizado com cimento.
5.4 MISTURA DE SOLO-CIMENTO
A mistura solo – cimento passa por um processo de estabilização química onde o solo tem suas características mecânicas melhoradas através da adição de cimento. Esse tipo de mistura pode ser utilizado em diversos tipos de construção, como por exemplo, estradas, estabilização de encostas, aeroportos, barragens, etc.
Segundo a norma NBR 12023 (ABNT, 1992), a mistura solo – cimento é um produto endurecido que resultou da cura dessa mistura específica compactada de solo, cimento e água que foi pré-estabelecida por dosagem em conformidade com as suas especificações.
A adição de cimento em pequenas proporções objetiva uma melhoria parcial das propriedades do solo, principalmente trabalhabilidade conjugada com certo aumento de capacidade de suporte (BERNUCCI, et al., 2008).
Para a Portland Cement Association (PCA), as vantagens apresentadas por um solo melhorado com cimento são:
Redução da plasticidade do solo estabilizado;
Incremento da rigidez e da resistência e, portanto, obtenção de um material menos deformável sob os carregamentos do tráfego, o que se traduz também em tensões de tração inferiores no revestimento asfáltico;
Redução das tensões transmitidas ao subleito do pavimento;
Diminuição da susceptibilidade à ação deletéria da água, mantendo as características de resistência do material.
5.5 ESTADO DA ARTE
Estudos realizados anteriormente revelam que o solo superficial da região de Sinop-MT é muito vulnerável a processos erosivos. De acordo com Brito e Dalla Roza (2017) a perda de solo total se encontra acima do tolerado, causando maior dificuldade para recuperar as regiões de matas ciliares e desenvolvimento de vegetação, e consequentemente torna o solo mais suscetível a erosão.
De acordo com Kaiber e Romanini (2017), a adição de resíduos da construção civil não se apresentou vantajoso para diminuir a perda de massa de solo em camadas de proteção e cobertura de taludes. Em contrapartida, Lucena e Romanini (2018) realizou diferentes porcentagens de adição de cimento em amostras de solo e concluiu que há uma melhora significativa na estabilização do solo. Portanto, a utilização de solo-cimento para cobertura de taludes e controle de processos erosivos vem se apresentando como uma alternativa viável e eficiente.
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.
Nessa pesquisa será utilizado cerca de 150 kg de um solo local popularmente conhecido como “amarelo” coletado através do uso de enxadas e pás. Depois de realizar a coleta, o solo será acondicionado em sacos plásticos e transportados para o laboratório de Engenharia Civil da UNEMAT Campus de Sinop.
A escolha desse solo é justificada por este constituir a camada superficial da região que fica mais vulnerável a processos erosivos. O solo será coletado na região da Avenida das Itaúbas, próximo a uma área de reserva que sofreu com um problema de erosão em um tempo recente. A região também foi objeto de estudos do trabalho desenvolvido por Brito e Dalla Roza (2017).
A Figura 8 apresenta o ponto de coleta pré-definido nas coordenadas (11°52'36.36"S; 55°31'0.24"O), situado as margens da avenida.
Figura 8 - Ponto de coleta pré definido. Fonte: Google Earth, 2018.
6.1.2 Cimento Portland
O cimento Portland utilizado será o CP- II Z, pois é o mais utilizado na região.
6.2 MÉTODOS
Todos os métodos que serão utilizados, seguem normas específicas como a ABNT. Serão estudadas amostras de solo puro e misturas de solo com cimento, com o intuito de estabilizar o solo com a adição de cimento Portland e consequentemente minimizar os impactos dos processos erosivos.
6.2.1 Ensaios Preliminares
Primeiramente será feito a caracterização geotécnica do solo e do solo cimento 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 nas energias Normal ABNT (1986); O ensaio de compactação, será adaptado para o molde cilíndrico (Figura 9) utilizado no ensaio de erodibilidade. O número de camadas será reduzido para 2, porém o número de golpes por camada permanece o mesmo previsto em norma. Tal procedimento foi utilizado nos trabalhos de Kaiber e Romanini (2017) e Lucena e Romanini (2018).
Figura 9 – Cilindro utilizado no ensaio de erodibilidade
6.2.2 Dosagem físico-química
Como tentativa para simplificar a determinação ideal da quantidade de cimento Portland a ser adicionada ao solo para composição da mistura solo – cimento foi realizada a dosagem físico-química. Segundo Rodrigues (1992), o primeiro a propor que as interações físico-químicas poderiam ser utilizadas para determinar o teor ideal de cimento Portland foi o pesquisador indiano L. R Chadda do Central Road Research Institute de Nova Deli em 1971.
Segundo Rodrigues (1992), o teste se apresenta como uma alternativa rápida, simples e eficaz, apesar de ser realizado em condições afastadas da realidade e possui a vantagem de exigir uma quantidade reduzida de amostras, ser feito com o uso de equipamentos simples e realizado por pessoas não especializadas.
O princípio do método se dá devido ao fato da interação entre o cimento e as argilas do solo produzirem significativas mudanças nas propriedades físico-químicas da mistura solo – cimento, causadas pelas partículas de cimento ao se comportarem como carregadas eletricamente, aumentando a condutividade elétrica do solo. Soma-se a isso os processos de hidratação do cimento.
O processo de aumento da condutividade elétrica e a hidratação do cimento geram alterações volumétricas substanciais quando a mistura é suspensa em água. E a partir das variações que é determinado o teor de cimento que produz a mistura ideal.
O ensaio do método consiste na preparação de misturas com variados teores de cimento em provetas de 250ml. Segue a medição durante alguns dias do volume sedimentado no fundo das provetas após o material ser agitado. Espera-se que o volume sedimentado cresça até um determinado teor e depois se estabilize ou mesmo decresça. O ensaio termina quando as variações volumétricas se estabilizarem ou decrescerem. Passa-se então a determinação da variação volumétrica dos sedimentos das misturas em relação aos dos sedimentos do solo puro. Os valores são postos em um gráfico de variação de volume (ΔV%) em relação à variação de quantidade de cimento em porcentagem (%Ci). Espera-se que a curva possua um ponto máximo, sendo esse valor o correspondente ao teor ideal para estabilização do solo.
A Figura 10 mostra como é o resultado esperado pelo método físico-químico. Por exemplo, o teor de dosagem indicado para o solo analisado é de 8% de cimento.
Figura 10 – Variação volumétrica, método físico-químico para o solo vermelho Fonte: Lucena e Romanini, 2018.
6.2.3 Equipamento de Inderbitzen Modificado
O aparelho de Inderbitzen modificado apresentado na Figura 11 foi construído por Kaiber e Romanini (2017) conforme o proposto por Higashi (2006), este aparelho é constituído por tubos de PVC e um chuveiro que simula a ação das gotas de chuva. A modificação do equipamento consiste em acrescentar dois canos com perfurações a uma distância de aproximadamente 20 cm da amostra que possui uma vazão mínima, suficiente para produzir um gotejamento sobre a amostra. As dimensões utilizadas para a construção seguirão as propostas por Silva et al (2014).
Figura 11 – Equipamento de Inderbitzen Modificado
Para o equipamento de Inderbitzen Modificado, a vazão será fixada em 50 mL/s, a inclinação da rampa será de 15º e 25º e as amostras recolhidas e moldadas para serem compactadas na condição de umidade ótima e posteriormente passarão por um processo de secagem ao ar por 48 horas. O solo perdido durante a realização do ensaio será recolhido, secado e passado por um conjunto de peneiras. Este ensaio se caracteriza pela simplicidade de análise dos resultados.
Segundo Heidemann (2008), a quantificação da erodibilidade considera que um solo é tido como erodível (E) quando mais de 5% da sua massa inicial seca é desagregada durante o ensaio. Caso contrário o mesmo é classificado como não erodível (NE).
A erodibilidade foi calculada conforme a equação.
100 = E t tes P P Onde: E = Erodibilidade do solo (%);
𝑃𝑡𝑒𝑠 = Peso total do solo seco perdido no ensaio (g); 𝑃𝑡 = Peso total da amostra (g).
6.2.4 Procedimento de ensaio
Após a realização dos procedimentos iniciais descritos em 6.2.1, serão ensaiadas um total de 54 amostras, respeitando as inclinações de 15º e 25º. A Tabela 6 apresenta o plano de ensaio e número de amostras previstos. Serão adotados dois períodos de cura para as amostras com adição de cimento: 7 dias e 28 dias.
Tabela 6 – Plano de ensaios e número de amostras
Inclinação Mistura Sem imersão Imersão parcial Imersão total
15º Solo Puro 3 3 3 Solo + %Cimento - 7 d 3 3 3 Solo + %Cimento - 28 d 3 3 3 25º Solo Puro 3 3 3 Solo + %Cimento - 7 d 3 3 3 Solo + %Cimento - 28 d 3 3 3
Total por análise 18 18 18
Total de amostras 54
Fonte: Acervo pessoal, 2018.
As condições de ensaio serão amostras sem imersão, ou seja, submetida diretamente ao procedimento de ensaio. Uma rodada com a amostra submetida ao
procedimento de imersão parcial, ou seja, 50% da altura da amostra e uma terceira roda onde serão ensaiadas amostras com imersão total, procedimento no qual 100% da amostra fica submersa.
6.2.5 Análises de resultados
Com base nos resultados adquiridos nos ensaios, será possível avaliar o índice de erodibilidade, e assim determinar se o emprego das misturas serão eficazes ou não para cobrir e proteger taludes.
A análise constituirá em classificar as misturas como mais erodível ou menos erodível. A discussão se seguirá com base nos resultados obtidos por Bastos (1999), Higashi (2006), Ide (2009), Couto (2009) e principalmente os trabalhos desenvolvidos por Kaiber e Romanini (2017) e Lucena e Romanini (2018) que utilizaram o mesmo equipamento, visando comprovar a eficácia de misturar diversos materiais com o solo, principalmente o cimento, e potencial redução do índice de erodibilidade.
7 RECURSOS MATERIAIS
Os ensaios serão realizados no Laboratório de Solos de Engenharia Civil da Universidade do Estado de Mato Grosso, campus de Sinop – MT.
Para o ensaio de Inderbitzen modificado, o equipamento utilizado será o mesmo confeccionado por Kaiber e Romanini (2017).
8 CRONOGRAMA
A Tabela 7 apresenta o cronograma de atividades que serão realizadas no presente trabalho.
Tabela 7 – Cronograma de Atividades
Atividade 2019
F M A M J J A S O N
Revisão Bibliográfica
Coleta das Amostras
Preparação da Amostra
Ensaio de Inderbitzen Modificado
Análise e conclusões
Apresentação e correção
Entrega da versão final
9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
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