Geotecnia Ambiental. Engenharia Civil 7º Período. Professor Mauro Cruz

Transcrição

1 Geotecnia Ambiental Engenharia Civil 7º Período Professor Mauro Cruz

2 1. Introdução A erosão é um processo que se traduz na desagregação, transporte e deposição do solo, subsolo e rocha em decomposição, pelas águas, ventos ou geleiras (GALETI, 1979), ou um processo de desprendimento e transporte de partículas sólidas do solo pelos agentes erosivos (ELLISON,1947 apud LOPES, 1980). cao/eroslin5.jpg /foto/0,, EX,00.jpgr/igce/aplicada/ead/fotos/interacao/eroslin5.jpg

3 1.1.Etapas do processo erosivo

4 1.2. Diferenciação da Erosão Vento Embate Gravidade Cursos d água Agente Erosivo Gelo Tipo ou Origem Sulcos Água Ravinas Outros Voçorocas Natureza Geológica ou Natural Antrópica ou Acelerada

5 Erosão Geológica ou Natural Processo de desprendimento e transporte do solo que ocorre na superfície terrestre sob condições naturais que é extremamente importante para a modelagem da paisagem. 4s6hcCWM/s320/eros%C3%A3o+madagascar.jpg

6 Erosão Antrópica ou Acelerada Aumento da taxa da erosão geológica causada pelo desequilíbrio do meio em função de atividades humanas. 2.jpg

7 Agente Erosivo O agente erosivo é aquele que realiza o trabalho, é o que desenvolve o processo de erosão, o que desagrega, transporta e deposita os materiais (GALETI, 1979). Agente água: Erosão hídrica pluvial; Erosão hídrica fluvial; Erosão hídrica lacustre; Erosão hídrica marinha Agente vento: Erosão eólica; Agente geleiras: Erosão Glacial.

8 Erosão Hídrica Fluvial potencializada pela construção de uma estrada no leito maior do rio Erosão Hídrica Pluvial potencializada por patologias no sistema de drenagem

9 Erosão Hídrica Marinha potencializada pela ocupação inadequada Erosão Hídrica Lacustre potencializada pela ocupação inadequada Eyo/s400/Harmons+Beach+near+Bank%27s msl+2.jpg

10 Erosão Glacial Erosão Eólica causando a retirada dos Horizontes superiores xttgm&tbnid=m5z3ewqqamdfcm:&ved=0cagqjrw4uqi&url=http%3a%2f%2fpt.wi kipedia.org%2fwiki%2fgeleira&ei=tmdmuvsoa4i1kqflyyfw&psig=afqjcne81zllvlr5 5PMt0wjJMTxhzVYCoA&ust=

11 Alguns autores incluem a gravidade como um agente erosivo ocasionando movimentos de massa, tais como avalanche, escorregamento, rastejo, entre outros

12 Agentes causadores da erosão (LAL, 1990 apud SILVEIRA, 2002)

13 2. Fatores Condicionantes do Processo Erosivo (Frendich, 1997) Fator Humano: Retirada da cobertura vegetal; Manejo agrícola do solo impróprio; Formação de pastos com alta densidade de animais; Abertura de valetas; Abertura de estradas com drenagem ineficiente ou inexistente; Execução de loteamentos sem cuidados com drenagem ou com práticas irracionais de conservação do solo.

14 2. Fatores Condicionantes do Processo Erosivo (Frendich, 1997) Fator Chuva: Destacabilidade do solo desnudo pelo impacto das gotas de chuva; Desagregabilidade do solo superficial devido à chuva; Desagregabilidade do subsolo e, do desmonte de maciços pelo escoamento subterrâneo, devido ao lençol freático superior; Capacidade transportadora da chuva; Capacidade de promover o deslizamento e a queda de maciços; Parcela do escoamento subterrâneo que persiste continuadamente ao longo dos meses da seca

15 2. Fatores Condicionantes do Processo Fator Solo: Erosivo (Frendich, 1997) Os solos mais propícios à erosão são os do tipo arenoso, secos e ácidos. São solos arenosos, pouco coesivos, coluvionais e porosos com horizonte A, em geral, com cor vermelha intensa, constituídos por areia muito fina, siltosa e com pouca argila.

16 2. Fatores Condicionantes do Processo Erosivo (Frendich, 1997) Fator Topográfico: As erosões podem se desenvolver em terrenos levemente ondulados como também naqueles de topografia acentuada. Todavia quanto maior a densidade da drenagem, dada pela quantidade de talvegues, sulcos e valetas, maior será a sua velocidade de formação.

17 2. Fatores Condicionantes do Processo Fator Clima: Erosivo (Frendich, 1997) As regiões mais atingidas pela erosão são caracterizadas pelas classes de clima úmido, tropical quente e temperado, com inverno seco e verão chuvoso.

18 3. Formas Erosivas Erosão de Fluxo Linear: Ocorre devido a concentração do fluxo de água Sulcos Ravinas Voçorocas Erosão Difusa: Ocasionada pelo fluxo difuso de água Erosão Laminar

19 3.1 Sulcos Pequenas incisões na superfície (na forma de filetes muito rasos), de até 0,5m de profundidade, perpendiculares às curvas de nível. Podem ser eliminados por operações normais de preparo de solo. Desenvolvem-se em áreas nas quais a erosão laminar é mais intensa

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21 3.2. Ravinas Apresentam profundidade maior que 0,5 metros; Ocorrem quando a água do escoamento superficial escava o solo atingindo seus horizontes inferiores e, em seguida, a rocha. Possuem forma retilínea, alongada e estreita. Raramente se ramificam e não chegam a atingir o nível freático. Apresentam perfil transversal em "V" e geralmente ocorrem entre eixos de drenagens, muitas vezes associadas a estradas, trilhas de gado e carreadores

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23 3.3. Voçorocas Devem-se à ação combinada das águas do escoamento superficial e subterrâneo, desenvolvendo processos como o "pipping" (erosão interna), liquefação de areias, escorregamentos, corridas de areia, etc. Em geral são ramificadas, de grande profundidade, apresentando paredes irregulares e perfil transversal em "U". Alguns autores a diferem das ravinas pela sua interação com o lençol freático.

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25 4. Equação Universal de Perda de Solos Originária do termo em inglês Universal Soil Loss Equation (RUSLE). A equação RUSLE é definida como: A= R. K. L S. C. P Onde, A= perda anual de solo do solo (ton/ha/ano) devido ao escoamento superficial; R= fator de erosividade. MJ/ha/(mm/h) K= fator de erodibilidade ton/mj/ha/(mm/h). LS= fator de declividade e comprimento de encosta (adimensional) C= fator de prática de cultura variando de 0,001 a 1,0 (adimensional) P= fator de pratica de cultura contra erosão que varia de 0,3 a 1,0 (adimensional)

26 4.1 Fator Erosividade - R Índice que representa o pontencial de chuva e enxurrada para provocar erosão em uma área sem proteção. É o produto da energia cinética da chuva pela sua intensidade máxima em 30 minutos (EI 30 )

27 Sendo: (EI)= 6,886 x (P m2 / P) 0,85 P= precipitação média anual (mm) Pm= precipitação média mensal (mm) (EI)= média mensal do índice de erosão em MJ.mm/h.ha R= Σ(EI)

28 Média mensal de energia de erosão EI da cidade de São Paulo

29 4.2. Fator de erodibilidade do solo K é a taxa de perda do solo por unidade de erosividade da chuva para um local de referência, correspondente a um determinado solo e a uma área de encosta de comprimento igual a 22,1m e declive uniforme de 9%. K= fator de erodibilidade do solo (ton/mj)/(mm/h). É necessário a percentagem de areia e percentagem de silte e de matéria orgânica para se achar o valor de erodibilidade K.

30 Triângulo de textura do solo

31 Fator de erodibilidade K do solo segundo Wanielista, 1978 in Mays, 2001

32 Classificar um solo com 21% de areia grossa, 43% de areia fina, 26% de silte, 10% de argila.

33 Triângulo de textura do solo

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35 Valores de K de acordo com o tipo de solo segundo Jones, et al

36 Equação de Paiva (2001) K= [2, M 1,14. (12 ka) + 3,25. (kb 2) + 2,5. (kc 3)]. 0, Sendo: K= fator de erodibilidade do solo (ton/mj)/(mm/h). ka= %de matéria orgânica; kb= coeficiente relativo à estrutura do solo; kc= classe de permeabilidade e M= (% silte + % areia muito fina). (100 - % argila).

37 Calcular o fator de erodibilidade K usando a Equação de Paiva (2001), sendo: ka= 2,5%; kb= 3,5 ; kc = 2,5, % de argila=13% e % silte + % areia muito fina= 36%. M= (% silte + % areia muito fina). (100 - % argila).

38 K= [2, M 1,14. (12 ka) + 3,25. (kb 2) + 2,5. (kc 3)]. 0, K= [2,1 x 10-4 x ,14 x (12 2,5) + 3,25 x (3,5 2) + 2,5 x (2,5 3)] x 0, K= 0,03 (ton/mj)/(mm/h)

39 Nomograma de Wischmeier

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41 Definir o valor de K para um solo com as seguintes características: 70% de silte e areia fina, 5% de areia, 3% de matéria orgânica, Estrutura é tipo 1, Permeabilidade tipo 5 (lenta)

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43 4.3. Fator topográfico LS O fator topográfico (LS) combina dois fatores: L função do comprimento da rampa e S função da declividade média. O produto (LS), conforme Righetto, 1998 é fornecido pela Equação de Bertoni: (LS)= 0, S 1,18. Lx 0,63 Onde: (LS)= fator topográfico S= declividade média da encosta (%) sendo: S 35% Lx= comprimento da rampa (m) sendo: 10m L 180m

44 4.4. Fator de práticas de cultura O valor de C é tabelado

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46 As praticas de conservação do solo podem reduzir enormemente a perdas do solo: técnicas de terraceamento, faixas de contorno niveladas e cordões de vegetação permanente devem ser utilizados no manejo dos solo sujeitos a fortes erosões

47 Valores de P segundo Wanielista, 1978 in Mays, 2001.

48 Valores de P segundo Righeto, 1998

49 5. Considerações sobre a RUSLE A equação RUSLE foi desenvolvida para controle de erosão em áreas de plantações, mas ultimamente tem sido utilizada em outras áreas com florestas, mineração de superfície e estudos em bacias hidrográficas; Não calcula a deposição de sedimentos, mas avalia o potencial de perda de solo, mesmo assim pode ser usada para estimar a deposição do solo;

50 Não se aplica ao movimento linear de erosão de solos (fluxo concentrado). A RUSLE foi testada para declividades de 1% a 20%, para montanhas jovens com declividade maior que 40%, onde a energia da chuva é significante, ela não se aplica. Necessita pelo menos 20 anos de dados de chuvas.

51 Exercício Calcular a perda anual de solo de uma área com 50 ha, dividida em duas sub-bacias, uma área baixa, com 32 ha, e outra área alta com 18 ha. A área alta tem comprimento de encosta de 200m e declividade média de 7%. A área baixa tem 400m de comprimento e declividade média de 3%. O fator erosividade é igual a 675 (MJ.mm)/(ha.h)

52 Exercício O solo tem as seguintes características: 75% de silte e areia fina, 10% de areia, 3% de matéria orgânica, Estrutura é tipo 2, Permeabilidade tipo 4 (lenta) No terreno é cultivado café em curvas de nível.

53 Referências Bibliográficas GALETI, P.A. Conservação do solo reflorestamento clima. Campinas, Instituto Campineiro de Ensino Agrícola, p. LOPES, V.L. Um estudo da erosão e produção de sedimentos pelas chuvas. Campina Grande, UFPB, 1980, 70p. Tese. SILVEIRA, L. L. L. da. Elaboração de carta de susceptibilidade à erosão das bacias dos rios Araraquara e Cubatão-SP, escala 1: p. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo, São Carlos, 2002.

54 Referências Bibliográficas JONES, DAVID S. et al. Calculating revised universal soil loss equations (RUSLE) estimates on Departament of Defense Lands: a review of Rusle: factors and US Army Land Conditions- trend analysis (LCTA) data gaps.- Departament of Forest Science, Colorado State University, Fort Collins, CO