Sorção e condutividade hidráulica de alguns solos da Cidade de Salvador-BA a partir do ensaio de infiltrabilidade do método MCT.

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1 Sorção e conduividade hidráulica de alguns solos da Cidade de Salvador-BA a parir do ensaio de infilrabilidade do méodo MCT. Burgos, P. C. UFBA, Escola Poliécnica, DCTM, Salvador-BA, Brasil, pburgos@ufba.br UNEB, DCET, Salvador-BA, Brasil, pburgos@uneb.br Vilar, O. M. USP, Escola de Engenheira de São Carlos, Geoecnia, São Carlos-SP, Brasil, orencio@sc.usp.br Resumo: Ese rabalho apresena resulados de um esudo preliminar sobre caracerísicas de infilração de alguns solos provenienes de encosas e aludes de core da Região Meropoliana de Salvador-BA. Com esse objeivo empregou-se o ensaio de infilrabilidade do Méodo MCT, procurando-se associar as caracerísicas de sorção com caracerísicas liológicas, pedológicas, físicas e mineralógicas dos solos. Além de úeis na previsão da erodibilidade, procura-se esender a aplicação desse ipo de ensaio para a esimaiva da conduividade hidráulica saurada dos solos. Resulados preliminares parecem indicar essa possibilidade, com o que se poderiam avaliar duas propriedades relevanes para a esabilidade de encosas a parir de um ensaio expedio. Absrac: This paper deals wih he resuls of a preliminary sudy abou he infilraion characerisics of soils from slopes of he meropolian area of Salvador-BA, Brazil. The sudy was based on he infilraion es preconized in he MCT (Miniaure, Compaced, Tropical) Mehod, rying o associae he sorpion wih liologic, pedologic, physical and mineralogical properies of he soils sudied. The es resuls were originally aimed a o esimae he erodibiliy and besides ha i is advocae he possibiliy of using he es o esimae ha sauraed hydraulic conduciviy of soils. Preliminary resuls sugges ha his esimaive could be possible wha could grealy improve he uiliy of a simple es procedure o esimae wo relevan properies relaed o slope sabiliy. IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA 253

2 1 INTRODUÇÃO A crescene urbanização e a ocupação desordenada do meio físico êm acarreado vários problemas, principalmene, nas grandes cidades como Salvador. O desmaameno e as conseqüenes manifesações de erosão e de deposição de sedimenos e os deslizamenos de maciços de erra esão enre alguns dos problemas associados a inervenções inadequadas sobre o meio físico. Vários são os faores que condicionam esses processos. As caracerísicas de infilrabilidade respondem pelo volume de água que escoa superficialmene, além de deerminar a forma e a inensidade da frene de umedecimeno. Sabe-se que o esado de ensões em um maciço de solo não saurado se alera gradaivamene com o avanço da frene de infilração, processo que depende, denre ouras variáveis, da função conduividade hidráulica e da curva de reenção de água pelo solo. Os esudos geoécnicos envolvendo os solos ropicais brasileiros, nas úlimas décadas êm alcançado avanços basane significaivos, porém, a propriedade de infilrabilidade em sido relegada a segundo plano. Uma das poucas proposas a respeio é a de Nogami & Villibor (1995) que propõem um ensaio de infilrabilidade capilar, uilizado principalmene para a previsão das caracerísicas de erodibilidade de solos ropicais. Tendo em visa a facilidade e a rapidez de execução desse ensaio, procura-se apresenar, nese rabalho, caracerísicas de sorção de alguns solos ípicos da cidade de Salvador, bem como uilizar seus resulados para esimar a conduividade hidráulica dos solos esudados. 2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS Trabalhos de campo e de laboraório permiiram ober a caracerização geoécnica dos solos em esudo. A eapa de campo compreendeu levanameno das caracerísicas geológicas e pedológicas, com poserior idenificação dos ponos para colea de amosras deformadas e indeformadas. Já a eapa de laboraório envolveu a realização de ensaios seguindo orienações consanes nas normas écnicas. 2.1 Aspecos geológico-geográficos Em ermos geológico-geográficos, a cidade de Salvador é dividida em duas pares disinas pela escarpa de linhas da Falha de Salvador, originando o que se acosumou chamar de cidade baixa e cidade ala, conforme Ribeiro (1991). O referido auor repora que a cidade baixa é a expressão morfológica da Falha, limie sul orienal da pare emersa da Bacia Sedimenar do Recôncavo. Nos bairros da cidade baixa, afloram sedimenos da Formação Ilhas, membro superior, consiuído de conglomerados, silios a folhelhos e, na cidade ala, rochas de elevado grau de meamorfismo de fácies granulio (ácidos, básicos, inermediários, diabásicos, meabásicos e pegmaios), que consiuem o embasameno orienal da Bacia, além da presença da Formação Barreiras, sedimenos dunares, alúvios e colúvios. Ribeiro (1991) caraceriza a cidade de Salvador com o clima ropical quene e úmido, com precipiação média anual de mm, não apresenando esação seca e endo os maiores índices pluvioméricos nos meses de março a julho. É consaado que ocasionalmene podem ocorrer médias pluviomérica superior a mm/ano, como ocorreu nos anos de 1964 e As emperauras médias oscilam enre 25 e 30 o C, enquano a umidade relaiva do ar varia enre 75 e 90%. A Tabela 1 apresena informações referenes as amosras de solos em esudo, envolvendo liologia, horizone pedológico, localização: 254 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA

3 Tabela 1 Liologia, pedologia e localização. Solo Liologia Horizone Localização B4 Granulio B Federação B5 Granulio B Ondina C8 Pegmaio C Rio Vermelho C10 Granulio C Paralela E17 Fm. Barreiras C CIA-Aeroporo B22 Fm. Barreiras B CIA-Aeroporo E25 Fm. Barreiras C CIA-Aeroporo C31 Granulio C Ondina Depreende-se da Tabela 1 que as amosras de solos são provenienes do Embasameno Crisalino (granulio e pegmaio), sendo que para essas áreas de encosas e aludes de core em esudo, o perfil de inemperismo mosra-se com um horizone B pouco espesso, sendo esse da ordem de 0,80 a 1,50 meros, porém o horizone C se manifesa com considerável espessura, nunca inferior a 6 meros. Enquano as ouras amosras são provenienes da Formação Barreiras, consiuída por esraos arenosos, areno-silosos e areno-argilosos, com mariz caolíniica. Em ermos pedológicos as amosras B4 e B5, respecivamene, são provenienes do horizone pedológico B podzólico, classificação aniga, sendo classificado aualmene pela nova classificação pedológica como argissolo. Já a amosra B22 é um laossolo que perence ao horizone pedológico B laossólico. Cabe salienar que odas essas amosras em análise e oriundas do horizone B apresenaram o comporameno laeríico pela Classificação Geoécnica MCT, desenvolvida exclusivamene para maeriais de gênese do meio ropical em decorrência das limiações dos procedimenos radicionais de caracerização quando aplicados aos maeriais genuinamene ropicais, fao esse reporado por diversos pesquisadores conforme Vargas (1982). As demais amosras, ou seja, aquelas provenienes do horizone C saprolíico, pela Classificação MCT, iveram confirmado o comporameno não laeríico, como era de se esperar. Enconram-se na Tabela 2 os principais índices físicos de campo referene a época de amosragem, compreendendo peso específico, eor de umidade, índice de vazios e grau de sauração. Noa-se que os solos C8 e C31 se expressam com índice de vazios, superiores a 1. Merece desaque, ambém, o elevado eor de umidade em que ocorre o solo C8, rico em ilia. Nese solo, observou-se alo eor de placas de mica clara exisene. Tabela 2 Índices físicos de campo. Solo Prof. γ w e Sr (m) (kn/m 3 ) (%) (%) B4 0,50 14,2 29,36 0,92 87,4 B5 0,50 14,1 28,28 0,81 89,0 C8 8,00 11,3 40,37 1,31 80,4 C10 9,00 13,6 15,36 0,95 42,8 E17 2,00 15,3 13,41 0,72 49,0 B22 0,50 16,8 7,28 0,55 34,4 E25 3,00 16,1 17,17 0,60 73,0 C31 7,50 12,5 23,33 1,10 55,6 2.2 Caracerização Convencional A fim de se ober a caracerização e classificação dos maeriais em esudo, as amosras de solos foram conduzidas a ensaios de granulomeria por peneirameno e sedimenação, peso específico dos sólidos e limies de Aerberg, conforme orienações das Normas da ABNT. Enconra-se na Tabela 3 um resumo dos principais resulados obidos desses ensaios e o respecivo grupo da Classificação Unificada: IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA 255

4 Tabela 3 Caracerização geoécnica dos solos. Solo w L I P Areia Sile Argila Grupo (%) (%) (%) (%) (%) B CL B MH C MH C ML E SC B SM E SC C ML A represenação gráfica do posicionameno dos solos esudados na Cara de Plasicidade é apresenada na Figura 1: Figura 1: Cara de Plasicidade 2.3 Caracerização Alernaiva Burgos & Vilar (1998), denre ouros auores, reporam que a écnica de adsorção de azul de meileno é uma alernaiva promissora para classificar os solos ropicais, écnica esa muio difundida no exerior, principalmene na França, mas ainda pouco uilizada em nosso meio écnico. Segundo Merck & Co. (1952) o azul de meileno é um corane orgânico que apresena a composição química C 16 H 18 N 3 SCl.3H 2 O, com o nome de cloridrao de meiliamina. Caraceriza-se como um corane caiônico, ou seja, em solução aquosa apresena-se dissociado em ânions cloreo e cáions azul de meileno. Casanova (1986) comena sobre o fao do azul de meileno não ser quase absorvido por maéria orgânica humificada, maerial amorfo/ paracrisalino e pelos óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio, logo se consiui numa forma eficiene de separar os solos que apresenam um eságio avançado de evolução daqueles pouco evoluídos. Resula, porano, que a capacidade de roca de cáions exisene, referese somene aos argilo-minerais, condição essa posiiva quando o objeivo é jusamene o de caracerizar a fração argilosa do solo. O ensaio de adsorção de azul de meileno visa ober informações acerca da fração fina dos solos. Permie deerminar a aividade mineralógica, a capacidade de roca de cáions e a superfície específica, de forma eficiene, rápida e econômica. Para avaliar os aspecos mineralógicos dos maeriais envolvidos, empregou-se a écnica de adsorção de azul de meileno proposa por Fabbri (1994) que consise na deerminação por iulação do máximo consumo de corane pelo solo, por meio do méodo da mancha. Na Tabela 4 são apresenados os principais resulados obidos do ensaio de adsorção de azul de meileno, coeficiene de aividade (CA), capacidade de roca de cáions (CTC) da fração argila e o grau de aividade: Tabela 4 Resumo dos resulados do ensaio de adsorção de azul de meileno. Solo CA CTC Grau (10-3 g/g/%) (cmol/kg) B4 10,9 5,2 Pouco Aivo B5 19,5 8,9 Aivo C8 98,4 79,6 Muio Aivo C10 27,2 25,0 Aivo E17 12,8 16,1 Aivo B22 6,9 12,0 Pouco Aivo E25 16,9 12,6 Aivo C31 73,3 56,9 Aivo Noa: Graus de Aividade de Fabbri (1994) CA<11 (pouco aivo) 11<CA<80 (aivo) CA>80 (muio aivo) 256 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA

5 A Figura 2 ilusra o posicionameno dos solos em análise de acordo com a proposa da écnica de adsorção de azul de meileno de Fabbri (1994): 3 INFILTRABILIDADE - MÉTODO MCT Com o objeivo de avaliar a infilrabilidade dos maeriais em esudo, empregou-se o ensaio proposo pelo Méodo MCT de Nogami e Villibor (1995). Consise o ensaio em deerminar o volume de água sorvido por unidade de área da base do corpo de prova em função do empo. Nesse ensaio é quanificada a velocidade de ascensão capilar em amosras cilíndricas aravés do coeficiene de sorção (s), expresso em cm/min 1/2. Esse coeficiene esá relacionado à capacidade de sorção de água dos solos e, porano à capacidade de desenvolvimeno de escoameno superficial durane um eveno pluviomérico. Pode-se noar que após um crescimeno do volume de água sorvido ao longo do empo, exise a endência de esabilização do processo. Qualiaivamene, ese comporameno é semelhane ao do processo clássico de infilração de água em um solo, que é decrescene com o empo, aé um valor assinóico. Na análise dos resulados de ensaios de infilração, esse valor assinóico é omado como correspondene à conduividade hidráulica saurada. De fao, se os resulados dos ensaios de infilrabilidade da Meodologia MCT foram represenados como velocidade de infilração ao longo do empo, como se exemplifica na Figura 11, noa-se a semelhança qualiaiva mencionada. Figura 3: Solo B4 - curva q versus Figura 2: Cara de Aividade de Fabbri Para cada solo em esudo, submeeram-se rês corpos de prova ao ensaio de infilrabilidade de modo a se er um valor médio represenaivo do coeficiene de sorção. As Figuras 3 a 10 ilusram as curvas médias de desenvolvimeno do volume de água sorvido por unidade de área da base do corpo de prova em função da raiz quadrada do empo (q versus ) para os solos em esudo. Figura 4: Solo B5 - curva q versus IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA 257

6 Figura 5: Solo C8 - curva q versus Figura 8: Solo B22 - curva q versus Figura 6: Solo C10 - curva q versus Figura 9: Solo E25 curva q versus Figura 7: Solo E17 - curva q versus Figura 10: Solo C31 - curva q versus 258 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA

7 4 ANÁLISE E DISCUSSÃO Figura 11: Velocidade de infilração ao longo do empo para o solo B4 Assim, procura-se nese esudo dar início à caracerização do fluxo de água correspondene ao recho de esabilização da curva que represena o volume de água sorvido com o empo. Imagina-se que ese valor assim deerminado pode fornecer uma esimaiva rápida da conduividade hidráulica saurada, em complemeno às informações sobre sorção de água pelo solo. Ter-se-ia assim uma forma expedia de análise de propriedades do solo de maior relevância para o esudo de esabilidade de encosas, quais sejam a erodibilidade dos solos e sua conduividade hidráulica saurada. O índice que caraceriza o referido recho aqui é denominado de conduividade hidráulica na sorção (CS). A Tabela 5 mosra o coeficiene de sorção obido para os solos de acordo com a condição inicial dos mesmos, acompanhado da conduividade hidráulica na sorção. Tabela 5 Coeficiene de sorção e conduividade hidráulica na sorção. Solo s(cm/min 1/2 ) CS(cm/s) B4 0,269 8,6x10-4 B5 0,480 7,2x10-4 C8 0,752 7,8x10-4 C10 0,254 6,6x10-4 E17 0,684 5,8x10-4 B22 0,487 2,7x10-4 E25 0,317 5,3x10-4 C31 0,285 7,6x10-4 Em ermos exurais os maeriais do Embasameno Crisalino (B4, B5, C8, C10 e C31) foram classificados pelo Sisema Unificado como solos finos. Enquano, os maeriais da Formação Barreiras (E17, B22 e E25) como sendo de exura predominanemene arenosa, como era de se esperar para essa Formação de origem sedimenar. Os solos do Embasameno Crisalino, a exceção do solo B4, se posicionaram abaixo da Linha A da Cara de Plasicidade, região essa de maeriais predominanemene silosos, com valores consideráveis de limies de liquidez. Os solos da Formação Barreiras se posicionaram acima da Linha A, observandose que o solo idenificado por B22 se posicionou próximo a área de classificação dupla, endo os solos E17 e B22 limies de liquidez inferiores a 30%, porém o solo E25 se manifesa com plasicidade superior. Pode-se noar que os maeriais perencenes ao horizone pedológico B, pelo criério de Fabbri (1994) se manifesaram com grau de aividade pouco aivo (B4 e B22) e aivo (B5), endo esses solos CTC caracerísica de argilo-mineral do grupo da caulinia. Ao empo que odos os solos do horizone C saprolíico iveram por esse criério graus de aividade variando de aivo a muio aivo. Adoando o criério empregado em Pedologia, que considera argila de aividade ala como sendo aquela que possui CTC 24 cmol/ kg de argila, em-se que odos os solos oriundos do horizone C saprolíico do Embasameno Crisalino se manifesaram com CTC > 24 cmol/ kg de argila, logo, de aividade ala, predominando minerais do ipo 2:1. Já os solos consiuines do horizone B das rochas crisalinas apresenam CTC caracerísica de aividade baixa, corroborando assim com o esado de evolução pedológica dos horizones em quesão, confirmado pela Classificação Geoécnica MCT. IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA 259

8 Os maeriais da Formação Barreiras apresenaram CTC inferiores ao limie uilizado na Pedologia para separar o grau de aividade, sendo esses classificados como de aividade baixa, confirmando assim, a mariz predominane caolíniica reporada na lieraura correlaa. A parir dos gráficos de desenvolvimeno do volume de água sorvido pela área de base do corpo de prova em função da raiz quadrada do empo para o universo dos solos em análise, pode-se noar que os maeriais de exura predominane arenosa proveniene da Formação Barreiras apresenaram um volume de água sorvido inferior àqueles de exura predominane fina oriunda do Embasameno Crisalino, onde se verifica que há uma relação direa do volume sorvido com o índice de vazios, ao empo que esses maeriais da Formação Barreiras se expressaram com os menores valores dessa propriedade índice, conforme mosra a Tabela 2. Traando, ainda, desses gráficos vê-se que o empo de realização de ensaio foi o mesmo para odas as amosras, noando-se que os solos B4, C8, E17 e B22 requereram um empo menor em relação aos ouros solos no que se refere à esabilização, ou seja, correspondene ao esado de sauração, facilmene visualizado pela surgência de água no opo do corpo de prova quando da realização do ensaio. Deve-se considerar que no ensaio de infilrabilidade do Méodo MCT a diferença de poencial oal enre a água do ubo capilar e o solo deve-se quase que exclusivamene ao poencial maricial do solo, já que a água do ubo capilar enconra-se sujeia à pressão amosférica e na mesma coa da base da amosra de solo. À medida que o solo vai se saurando, esse poencial se reduz, com o fluxo praicamene cessando, quando esse poencial ende a zero, num andameno diferene do que ocorre no processo clássico de infilração verical descendene de água no solo. A despeio dessas diferenças, imagina-se que o ensaio de sorção da meodologia MCT possa ser úil na esimaiva preliminar da conduividade hidráulica saurada do solo, como ressalado no iem 3. Saliena-se que o referido ensaio na sua proposa original não visa deerminar o coeficiene de permeabilidade do solo, porém as semelhanças qualiaivas enre esse e o procedimeno clássico, permiiu fazer uma análise com esse inuio, ou seja, de enconrar um valor que caracerize o fluxo de água no recho de esabilização da curva q versus, aqui denominado de conduividade hidráulica na sorção. Por essa análise os solos se revelam com conduividades de sorção variando enre 2,7x10-4 a 8,6x10-4 cm/s. Machado e al. (2004) enconraram um valor médio de conduividade hidráulica saurada de 2,82x10-4 cm/s, para um solo residual maduro, proveniene da decomposição de rocha meamórfica, fácies graunilícas. Como esse maerial é de grande ocorrência na Região Meropoliana de Salvador, acredia-se serem eses valores ípicos da permeabilidade do solo superficial de boa pare da cidade. Em esudo realizado por Campos & Burgos (2003) envolvendo a infilrabilidade verical de dois solos residuais superficiais da cidade de Salvador, os coeficienes de permeabilidade se expressaram variando enre 2,9x10-4 a 3,3x10-4 cm/s. Apesar do número reduzido de dados, noa-se a endência de concordância de resulados enre os rabalhos ciados. Enconram-se presenemene em execução ensaios de permeabilidade com os solos apresenados nese rabalho, com o inuio de ober informações do coeficiene de permeabilidade. 5 CONCLUSÕES Os solos analisados do Embasameno Crisalino se revelaram predominanemene silosos com plasicidade variada, ao empo que dois 260 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA

9 solos foram classificados como ML e ouros dois como MH, endo apenas um solo argiloso, CL; Em ermos de índice de vazios, os maeriais da Formação Barreiras se expressaram com menores valores quando comparados com aqueles do Embasameno; A aividade mineralógica idenificada pelos procedimenos empregados foi condizene com o esado de evolução inempérica dos horizones B e C, respecivamene; Os solos oriundos da Formação Barreiras, possuidores de menores índices de vazios, iveram um volume de água sorvido inferior ao volume sorvido pelos solos residuais da decomposição de rochas crisalinas; A despeio das limiações inerenes, o índice aqui denominado de conduividade hidráulica na sorção (CS), se expressou numericamene com a mesma ordem de grandeza da conduividade hidráulica saurada enconrada para alguns solos semelhanes da Cidade de Salvador. Esudos em execução poderão confirmar a represenaividade da proposa apresenada para esimar de forma rápida e eficiene a conduividade hidráulica saurada de solos. 6 REFERÊNCIAS Burgos, P. C. e Vilar, O. M. (1998) Caracerização da Aividade de Solos da Cidade de Salvador Aravés da Técnica de Adsorção de Azul de Meileno. XI Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geoécnica, Vol. I, Brasília, Campos, L. E. P. e Burgos, P. C. (2003) Um Esudo Preliminar Sobre a Infilrabilidade Verical de Alguns Solos da Cidade de Salvador- BA. V Congresso Brasileiro de Geoecnia Ambienal e IV Simpósio Brasileiro de Geossinéicos, CD, Poro Alegre. Casanova, F. J. (1986) O Ensaio de Azul de Meileno na Caracerização de Solos Tropicais. 21 a. Reunião Anual de Pavimenação, Vol. 2, Salvador, Fabbri, G. T. P. (1994) Caracerização da Fração Fina de Solos Tropicais Aravés da Adsorção de Azul de Meileno. Tese de Douorado, Escola de Engenharias de São Carlos, USP, 161p. Machado, S. L., Carvalho, M. F. e Maa, B. M. (2004) Uilização do Permeâmero Guelph para o Esudo da Conduividade Hidráulica de Solos Residuais de Granulio da Cidade de Salvador-BA. 5 o. Simpósio Brasileiro de Solos Não Saurados, Vol. 1, São Carlos, Merck e Co. (1952) The Merck Index of Chemical and Drugs. Rahway, Merck e Co., Inco. Nogami, J. S. e Villibor, D. F. (1995) Pavimenação de Baixo Cuso com Solos Laeríicos. Ediora Villibor, São Paulo, 213p. Ribeiro, L. P. (1991) Alguns Aspecos dos Solos da Cidade do Salvador e Suas Relações com Processos de Degradação. Sociedade & Naureza, Uberlândia, 3 (5 e 6): Vargas, M. (1982) O Uso dos Limies de Aerberg na Classificação de Solos Tropicais. VII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações. Vol. 5, Olinda/Recife, IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Esabilidade de Encosas - Salvador-BA 261

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