Erodibilidade de Solos: Comparação entre os Ensaios Inderbitzen Modificado e Slaking Test

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1 Erodibilidade de Solos: Comparação entre os Ensaios Inderbitzen Modificado e Slaking Test Gustavo Henrique Almeida Quirino Universidade Federal de Goiás, Catalão, Brasil, gustavoquirino01@uol.com.br Lisandra Silva de Morais Universidade Federal de Goiás, Catalão, Brasil, lisandra.s.morais@hotmail.com Philippe Barbosa Silva Universidade Federal de Goiás, Catalão, Brasil, philippe1303@hotmail.com Maria Tereza da Silva Melo Universidade Federal de Goiás, Catalão, Brasil, mtsmelo@terra.com.br RESUMO: Os estudos sobre erodibilidade de solos são importantes para o maior conhecimento acerca dos fatores intervenientes bem como a mecânica envolvida nos processos erosivos. Com o processo de urbanização acelerado de Catalão-GO, o estudo realizado frente à erodibilidade dos solos em algumas regiões do município objetiva analisar a erodibilidade do solo por meio dos ensaios propostos e comparar os resultados das metodologias utilizadas. A metodologia empregada é composta pelos testes diretos: Ensaio Inderbitzen Modificado e Slaking Test, sendo estes realizados nas dependências do Campus Catalão da Universidade Federal de Goiás. A seleção da área de estudo se deu em função da análise de localidades do município onde eram visíveis características propícias à deflagração de processos erosivos, que se contrapõem ao desenvolvimento urbano. Evidenciou-se que os ensaios diretos que analisam a reação do solo quanto à água em vias de escoamento superficial, impacto de gotas de chuva e estabilidade da estrutura por imersão estão ligados com a estruturação do solo retirado in situ, denotando a influência do processo de uso e ocupação do solo na susceptibilidade ao processo erosivo. Concluiu-se que a maioria dos pontos de retirada de amostras ensaiados apresentam erodibilidade de valor médio a alto, caracterizando assim a necessidade de atenção e estudos quanto à deflagração e agravamento dos processos erosivos nos locais. PALAVRAS-CHAVE: Erosão, Inderbitzen Modificado, Slaking Test. 1 INTRODUÇÃO O município de Catalão situado no sudeste goiano destaca-se por sua recente ascensão econômica, industrial e demográfica. Masson (2013) afirma que no período de 2000 a 2010, o PIB catalano cresceu 478%, tendo o PIB per capita ultrapassado o de São Paulo. Atrelado a esse avanço econômico, houve também um notável desenvolvimento populacional; segundo dados do IBGE, o Censo Demográfico efetuado em 1970 mostrava que a população do município era de habitantes. Atualmente, conforme expectativa feita pelo IBGE para o ano de 2013, a população catalana é de habitantes. No entanto, todo esse crescimento, acaba por corroborar, de forma clara, para um crescimento desordenado quanto à ocupação e uso do solo. Bueno (2006) observa que Catalão passou, nas últimas décadas, por diferentes modificações sócio-espaciais impulsionadas por fatores econômicos e populacionais, que levaram a uma forte reelaboração do espaço urbano do município. Dessa forma, os processos erosivos são

2 consequências diretas deste cenário, onde um planejamento ineficiente e a ocupação desordenada potencializam a ocorrência e agravamento desses. Além disso, locais sujeitos ao clima tropical caso de Catalão segundo Pimentel (2006), apresentam elevadas taxas de pluviosidade e intemperismo químico, fatores que contribuem de forma veemente para a formação e agravamento dos processos erosivos. Outra característica importante trata-se do solo tropical, presente na região, que mediante o exposto por Paixão e Camapum de Carvalho (1994), em detrimento das características físicoquímicas oriundas do processo de formação, apresenta alta porosidade e sensibilidade no que tange às ligações cimentíceas quando na presença de água principalmente, pontes de argila. O estudo destes processos é indispensável, visto a necessidade de controle e atenuação da problemática gerada. Os processos erosivos são entendidos, conforme Camapum de Carvalho e Lelis (2007), como aqueles que promovem a degradação e o transporte de solo através da ação de agentes erosivos. Já a erodibilidade do solo, conforme Bastos (1999) é definida como a maior ou menor facilidade com que as partículas constituintes do solo são destacadas e transportadas pela ação de determinado agente erosivo ou um conjunto deles, sendo essa propriedade considerada como de complexa determinação, estando condicionada a inúmeros fatores físicos, químicos e biológicos. Para tanto, são muitos os métodos utilizados para, segundo Lemos et al. (2007), compreendêlos, mensura-los, quantifica-los, compara-los ou avalia-los, sendo o Ensaio Inderbitzen e o Slaking Test os mais empregados. O ensaio Inderbitzen ou Erosômetro, propõe a estimativa do potencial de erodibilidade de um solo através da simulação de escoamento superficial aquátil em uma rampa. Segundo Inderbitzen (1961) apud. Lemos et al. (2007), os resultados alcançados com tal metodologia devem ser considerados como qualitativos, uma vez que correlacionam-se apenas à influência do escoamento de água na superfície da amostra. Complementarmente, Freire (2001) idealizou uma modificação no aparelho (Ensaio de Inderbitzen Modificado), onde, através da inserção de duas linhas de chuveiramento, pode-se observar o influxo tanto do efeito do escoamento superficial na amostra como também das gotas de chuva, conhecido como efeito splash. O esquema de ensaio é apresentado na Figura 1. Figura 1. Esquema do Ensaio Inderbitzen Modificado. Já o Slaking Test, ou também Ensaio de Desagregação Total, passou a ser utilizado no Brasil em 1958 pela Engenheira Anna Margarita nos seus estudos para a determinação de parâmetros para fundações durante a construção de Brasília (CAMAPUM DE CARVALHO et al., 2006). Fundamentalmente verifica-se a estabilidade de uma amostra indeformada submetida à imersão em água destilada, com base no formato adquirido após o tempo padrão de teste. Os resultados alcançados também são tidos como qualitativos. Lima (2003) classifica os solos como altamente erodíveis se estes se desagregam totalmente após submersão: ocorre a perda da estrutura pelo simples contato com água. A Figura 2 apresenta os possíveis comportamentos assumidos no teste, da esquerda para direita: sem resposta; fraturamento; abatimento e dispersão.

3 Figura 2. Ensaio de desagregação total: (a) sem resposta; (b) fraturamento; (c) abatimento e (d) dispersão. Logo, este estudo prima em avaliar a erodibilidade do solo das amostras retiradas no município de Catalão, através de duas metodologias, buscando a fiabilidade e validação dos resultados obtidos. 2 OBJETIVOS O enfoque do presente estudo é avaliar a erodibilidade dos solos através da execução de dois ensaios diretos - Ensaio Inderbitzen Modificado e Ensaio de Desagregação Total (Slaking Test) assim como comparar os resultados obtidos através das duas metodologias aplicadas. 3 METODOLOGIA 3.1 Retirada de amostras Primou-se por um sistema de amostragem que permitisse uma retirada simplificada, rápida e que incidisse em baixo custo, porém que mantenha indeformada a amostra. Ainda foi imprescindível a compatibilidade com as dimensões do amostrador de maneira a propiciar o menor trabalho possível de conformação da amostra. Para a retirada foi adotado como amostrador um segmento de tubo de PVC (diâmetro de 200 mm), com altura de 10 cm para as amostras utilizadas no aparelho Inderbitzen Modificado e segmento de tubo de PVC (diâmetro de 100 mm), com altura de 10 cm para as amostras utilizadas no Slaking Test. Os trabalhos de retirada das amostras do meio natural são feitos por meio de escavação manual. amostras de solo no perímetro urbano do município de Catalão. Na Tabela 1 a seguir são apresentadas as coordenadas geográficas dos locais de retirada de amostras. Tabela 1. Coordenadas geográficas dos pontos de retirada. Amostra Latitude Longitude A '37,72"S 47 57'20,83"O A '30,31"S 47 57'17,12"O A '26,54"S 47 57'19,12"O A '3,40"S 47 56'55,79"O A '0,05"S 47 56'34,09"O A '1,99"S 47 56'20,33"O A '5,26"S 47 56'10,83"O 3.3 Ensaio Inderbitzen Modificado Basicamente consiste em uma grelha localizada sob duas linhas de chuveiramento. A amostra interpõe este espaço e, durante o ensaio, o solo carreado é depositado por gravidade em um recipiente de acumulação e, posteriormente, sobrevém à peneira de abertura de 0,075 mm. De modo análogo ao procedimento adotado por Chuquipiondo (2007), para se prosseguir com os estudos acerca da erodibilidade de um solo, após a realização do ensaio levou-se em consideração a quantidade de material erodido e retido na bandeja metálica e peneira de abertura de 0,075 mm. Este material seguiu para posterior secagem em estufa e pesagem. A realização do Ensaio Inderbitzen Modificado ocorreu dentro das dependências da UFG-CAC, em espaço cedido pela Infraestrutura do Campus. Na Figura 3 é ilustrado o ensaio de uma das amostras estudadas. 3.2 Locais de retirada Para a realização dos Ensaios Inderbitzen Modificado e Slaking Test foram retiradas sete

4 Figura 3. Amostra em ensaio Inderbitzen Modificado. Para a secagem, até se obter a constância de massa, e pesagem dos materiais erodidos foram utilizadas a estufa e balança analítica do Laboratório de Geociências do Departamento de Geografia UFG/CAC. A vazão imposta a cada ensaio é outro fator considerável frente aos resultados obtidos, assim através de medição feita com a utilização de um béquer plástico graduado (capacidade 1000 ml) da marca J.Prolab, calculou-se a vazão média de todos os ensaios, sendo a média igual a 1,96 l/min. O tempo de chuveiramento utilizado para a realização dos ensaios foi de 90 minutos. A metodologia aplicada à quantificação da erodibilidade dos solos após a execução do Ensaio Inderbitzen Modificado é em função do exposto por Heidemann (2008), onde se considera que um solo é tido como erodível, quando porcentagens superiores a 5% de sua massa inicial são desagregadas durante a experimentação. Previamente à realização dos ensaios, as amostras foram conduzidas ao Laboratório de Química UFG/CAC, mensurando-se as massas iniciais destas. 3.4 Slaking Test Em termos de procedimentos, o ensaio de desagregação consiste na introdução de amostra(s) de solo(s) em uma bandeja contendo água destilada, observando-se as reações da(s) respectiva(s) amostra(s) ao processo de submersão. Por meio de tal ensaio, é possível realizar uma previsão do comportamento do solo quando inundado por água, possibilitando assim, a determinação da capacidade da água em desagregá-lo (CAMAPUM DE CARVALHO et al., 2006). As amostras de solo foram submetidas à Imersão Total, permanecendo dentro do recipiente com água destilada por um período de 24 horas, posteriormente, analisou-se a reação da amostra, sendo caracterizada em uma das quatro reações, conforme Holmgren e Flanagan (1977 apud. Santos, 1997), descritas abaixo: Sem resposta: a amostra mantém sua forma e tamanho original (inalterado); Abatimento (slumping): a amostra sofre desintegração, formando uma pilha de material desestruturado. As desintegrações são ocasionadas pelos mecanismos primários de hidratação e desaeração, os quais geram pressões positivas que conduzem à desagregação do solo; Fraturamento: a amostra se fragmenta preservando a forma original das faces externas. O principal mecanismo responsável por esse processo é a expansão osmótica. Dispersão: as paredes da amostra se tornam difusas com uma nuvem coloidal que cresce à medida que a amostra se dissolve. Na Figura 4 é apresentado o ensaio de duas amostras estudadas, A4 e A3, respectivamente. Figura 4. Amostras em ensaio Slaking Test. Motta (2001) afirma que solos desagregáveis pela água apresentam maior propensão ao carreamento pelo escoamento, sendo um

5 indicativo da individualização das partículas e maior susceptibilidade aos processos erosivos. 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Ensaio Inderbitzen Modificado Os resultados obtidos estão dispostos na Tabela 2 a seguir, com numeração em função dos locais de amostragem (previamente identificados). Tabela 2. Análise da erodibilidade Inderbitzen Modificado. Amostra Massa Material inicial da % erodido amostra erodida (kg) (kg) Análise A1 0,274 3,668 7,459 Erodível A2 1,557 3,924 39,673 Erodível A3 0,512 3,398 15,059 Erodível A4 1,180 3,563 33,129 Erodível A5 0,102 5,050 2,025 Não erodível A6 1,062 5,079 20,908 Erodível A7 0,180 2,554 7,057 Erodível Nota-se que todas as amostras, segundo metodologia de Heidemann (2008), apresentaram elevadas porcentagens de material erodido, sendo caracterizadas como erodíveis, com exceção da amostra A5 que foi considerada não erodível. 4.2 Slaking Test Mediante a observação das configurações que as amostras apresentaram ao término do ensaio, pôde-se classificar o tipo de resposta de cada amostra, conforme está demonstrado na Tabela 3. Tabela 3. Respostas ao Ensaio de Desagregação Total. Amostra Resposta ao ensaio A1 Dispersão A2 Abatimento A3 Dispersão A4 Abatimento A5 Sem resposta A6 Abatimento A7 Dispersão Verifica-se que as amostras A2, A4 e A6 apresentaram alta desagregação das partículas, sendo um forte indício para uma maior susceptibilidade destas aos agentes erosivos. As amostras A1, A3 e A7 denotaram comedidas taxas de desagregação. E a amostra A5 não demonstrou resposta, sendo um indício de solo com baixo potencial de erodibilidade. 4.3 Análise conjunta dos dados As amostras A2, A4 e A6 em ambos os ensaios executados foram as que apresentaram maiores índices de erodibilidade, denotando altas taxas de perda de solo no Ensaio Inderbtizen Modificado e alta desagregação no Slaking Test. A amostra A5 também exibiu comportamento semelhante através dos ensaios executados, sendo no Ensaio Inderbitzen Modificado tida como não erodível e no Slaking Test não demonstrando resposta, sendo nos dois casos evidência de baixa erodibilidade do solo. Já as Amostras A1, A3 e A7 denotaram, através do Slaking Test, modestas taxas de desagregação e pelo Ensaio Inderbitzen Modificado foram classificadas como erodíveis. No entanto, estas amostras pelo Ensaio Inderbitzen Modificado evidenciaram porcentagens erodidas bem inferiores quando comparadas às amostras A2, A4 e A6, respectivamente médias de 9,86% e 31,24%. Dessa forma, percebe-se a tênue ligação existente entre os resultados dos ensaios executados para as amostras estudadas, mesmo quando se trata de solos com moderada susceptibilidade aos processos erosivos. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados obtidos através da utilização das metodologias apresentadas para os ensaios diretos de Inderbitzen Modificado e Slaking Test produziram dados congruentes no que tange a análise da erodibilidade dos solos experimentados. Um aspecto importante quanto aos ensaios diretos para a obtenção da erodibilidade de solos é que estes experimentam os solos em caráter indeformado, ou seja, leva-se em

6 consideração a estrutura in situ do solo. Nesse contexto é de extrema relevância dizer que, as constantes e intensas intervenções antrópicas no solo, típicas do meio urbano, alteram a estruturação deste, sendo um critério de interferência nos ensaios diretos de erodibilidade. Outro ponto a ser ressaltado está relacionado ao solo tropical presente no Centro-Oeste brasileiro, onde se encontra inserido o município de Catalão, que segundo Jacintho et al. (2006) apresenta diferenciações no que se refere às propriedades dos solos, justificando a imprescindibilidade dos estudos regionalizados. Enfim, os ensaios executados neste trabalho são de fácil execução, rápidos e pouco onerosos, além de produzirem dados confiáveis quanto à erodibilidade, denotando-se assim a grande usabilidade destes para pesquisas e futuras aplicações. AGRADECIMENTOS À Universidade Federal de Goiás, à Professora Maria Tereza da Silva Melo pelo apoio, dedicação e orientação, à presteza dos servidores da Universidade e a todos que contribuíram de alguma forma para a realização deste trabalho. REFERÊNCIAS Bastos, C.A.B. (1999) Estudo geotécnico sobre a erodibilidade de solos residuais não saturados, Tese de Doutorado, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. Bueno, E.P. (2006) Características ambientais e qualidade de vida na cidade de Catalão (GO), no início do século XXI, Boletim Goiano de Geografia, v. 26, IESA, Goiânia. Camapum de Carvalho, J.; Sales, M. M.; Souza, N. M.; Melo, M. T. S. (2006) Processos erosivos, Brasília. In: Camapum de Carvalho, J.; Sales, M. M.; Souza, N. M.; Melo, M. T. S. (2006) Processos Erosivos no Centro-Oeste Brasileiro, FINATEC, Brasília. Camapum de Carvalho, J. e Lelis, A.C. (2007) Cartilha: infiltração, Universidade de Brasília, Brasília. Chuquipiondo, I.G.V. (2007) Avaliação da estimativa do potencial de erodibilidade de solos nas margens de cursos de água: estudo de caso trecho de vazão reduzida Capim Branco I Araguari Minas Gerais, Dissertação de Mestrado, Programa de Pós- Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte. Freire, E.P. (2001) Ensaio Inderbitzen modificado: um novo modelo para avaliação do grau de erodibilidade do solo. In: VII Simpósio Nacional de Controle de Erosão, Anais..., Goiânia. Heidemann, M. (2008) Mapeamento geotécnico de um vetor de expansão urbana do município de Tubarão SC, Trabalho de conclusão de curso, Escola de Engenharia Civil, Universidade do Sul de Santa Catarina, Tubarão. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (1970) Censo Demográfico 1970, Brasília. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2013) Cidade, Brasília. Disponível em: < &codmun=520510&search=goi%e1s catal%e3o>. Acesso em: 02 de março de Jacintho, E.C.; Camapum de Carvalho, J.; Cardoso, F. B. F.; Santos, R. M. M.; Guimarães, R. C.; Lima, M. C. G. (2006) Solos tropicais e o processo erosivo, Brasília. In: Camapum de Carvalho, J.; Sales, M. M.; Souza, N. M.; Melo, M. T. S. (2006) Processos erosivos no centro-oeste brasileiro, FINATEC, Brasília. Lemos, C.F.; Silveira, C. T.; Milani, J. R.; Oka-Fiori, C.; Fiori, A. P. (2007) Avaliação da erosão entre sulcos em solos de diferentes classes de uso na Bacia do Rio da Bucha (PR), através do aparelho de Inderbitzen, Revista eletrônica Geografar, Curitiba. Lima, M.C. (2003) Degradação físico-química e mineralógica de maciço junto às voçorocas, Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília. Masson, S. (2013) Mineração e indústria impulsionam Catalão (GO), Folha de São Paulo, São Paulo. Motta, N.O. da (2001) Caracterização geotécnica e dos processos erosivos na cidade de Campo Grande MS, Dissertação de Mestrado, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília. Paixão, M.N.O.N. e Camapum de Carvalho, J. (1994) Influência da microestrutura no colapso de um solo de Brasília. In: II Simpósio Brasileiro sobre Solos Não Saturados, Anais..., Recife. Pimentel, M.M. (2006) Prefácio, Brasília. In: Camapum de Carvalho, J., et al. (2006) Processos Erosivos no Centro-Oeste Brasileiro, FINATEC, Brasília. Santos, R.M.M. (1997) Caracterização geotécnica e análise do processo evolutivo das erosões no Município de Goiânia, Dissertação de Mestrado em Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Tecnologia, Universidade de Brasília, Brasília.