analise da influencia do teor de umidade na absorção de agua e sucção em estudos de erosao

So Paulo, UNESP, Geocincias, v. 29, n. 2, p. 211-228, 2010 211

ANLISE DA INFLUNCIA DO TEOR DE UMIDADENA ABSORO DGUA E SUCO DOS SOLOS

EM ESTUDOS DE ERODIBILIDADE

Marla Bruna Melo de MENEZES & Osni Jos PEJON

Departamento de Geotecnia, Escola de Engenharia de So Carlos, USP. Avenida Trabalhador So-Carlense, 400 Centro.CEP 13566-590. So Carlos, SP. Endereos eletrnicos: [email protected]; [email protected]

IntroduoConsideraes Iniciais

ErodibilidadeTenso de SucoCurvas de Reteno de guaInfluncia da Suco no Processo Erosivo

Materiais e MtodosRegies AmostraisEtapas de Campo

Reconhecimento da reaColeta e Preparao das AmostrasAmostras DeformadasAmostras IndeformadasRegies

Ensaios LaboratoriaisCaracterizaoCurvas de Reteno de guaComportamento Hdrico

Resultados e AnliseConclusoAgradecimentosReferncias Bibliogrficas

RESUMO Neste trabalho observou-se que o grau de saturao inicial estabelece um potencial de suco matricial (Sm) capaz de orientar

o fluxo, absoro e armazenamento da gua nos poros do solo. Deste modo, foi possvel correlacionar as propriedades de absoro de guacom as suces mtricas de trs solos localizados no interior do Estado de So Paulo, ensaiados a diferentes teores de umidade inicial.Aps o controle da suco e umidade, atravs da Cmara de presso de Richards, os solos foram submetidos ao Ensaio de Erodibilidadeproposto por Nogami & Villibor (1979). Os ndices de absoro (I

abs), de perda de massa por imerso (P) e de erodibilidade (E) obtidosneste ensaio, quando correlacionados com as curvas de reteno de gua dos solos, mostraram a influncia da suco matricial no incio doprocesso erosivo. Verificou-se uma tendncia de aumento da perda de massa por imerso, consequentemente um aumento da erodibilidade,quanto menor era o teor de umidade inicial imposta (maior suco). Alm disso, as correlaes obtidas mostraram-se coerentes com ocomportamento dos solos em estudo, permitindo estimar a suco (S

m) de um solo a partir de grandezas facilmente mensurveis como o I

abs.

Palavras-chave: erodibilidade; teor de umidade; absoro de gua; suco.

ABSTRACT M.B.M. de Menezes & O.J. Pejon - Analysis of influence of moisture content on the absorption of water and soil suctionin studies of erodibility. In this study, we observed that the initial degree of saturation establishes the potencial for matrix suction (S

m) can

guide the flow, absorption and storage of water in soil pores. Therefore, experimentally, it was possible to correlate the properties ofwater absorption with the matrix suctions of three soils located in the So Paulo State, with different initial moisture contents and erosiveand non-erosive behaviors. After controlling the suction and moisture through the Richards Pressure Chamber the soils were subjectedto the Erodibility test proposed by Nogami & Villibor (1979). The absorption indexes (I

abs), loss of mass by immersion (P) and erodibility(E) obtained in this experiment, when correlated with the characteristic curves of soils, showed the influence of matrix suction at thebeginning of the erosion process. There is a trend of increasing weight loss by immersion, thus increasing the erodibility, the lower wasthe initial moisture content imposed (greater suction). Furthermore, the correlations obtained were consistent with the behavior of soilsunder study, allowing estimating suction (S

m) of a soil from easily measurable values such as the I

abs.

Keywords: erodibility; moisture content; water absorption; suction.

INTRODUODiversos fatores promovem a eroso dos solos

quando combinados. Por vezes, essa problemtica tratada de forma holstica tentando ser explicada pelainterao de agentes como a ao das guas, o tipo de

substrato e a interveno humana, este ltimo encabe-ando o rol de responsveis pelos processos erosivos.

Porm, estudos mais recentes tm se preocupadocom alguns aspectos antes tratados mais generica-


mente. Destacam-se hoje, o conhecimento da caracte-rizao geotcnica dos materiais inconsolidados dasreas afetadas e, o fluxo da gua no solo segundo asvariaes do potencial total.

Desta forma, dos muitos fatores que influenciama eroso, merecem destaque as propriedades querefletem maior ou menor resistncia dos solos aosagentes erosivos, ou sua erodibilidade, assim como oconhecimento do movimento do principal agenteerosivo, a gua, capaz de modificar a estrutura domacio.

Este trabalho visa relacionar as propriedadesintrnsecas dos solos com suas propriedades deinfiltrao e capacidade de absoro, para diferentesteores de umidade possveis. Destes fatores dependemos processos erosivos, visto que a capacidade dereteno de gua dos solos determinar seu poder deinfiltrao e futuras condies de escoamentosuperficial, pois quanto mais gua infiltrar menorquantidade estar disponvel para escoar na superfciee corroer o macio.

Para tanto, este trabalho se prope a: conhecer os materiais atravs dos ensaios de

caracterizao; caracterizar o comportamento hdrico destes solos

atravs das curvas de reteno de gua, obtidasem ensaios com suco controlada;

levantar informaes sobre a susceptibilidade eroso de diferentes solos do interior de So Paulo;

analisar a influncia do teor de umidade inicial dossolos nos fenmenos de reteno de gua;

mensurar a erodibilidade desses solos conformeos diferentes teores de umidade inicial;

analisar as relaes entre a absoro de gua, osteores de umidade e potencial de suco matricialdestes materiais;

segundo as correlaes obtidas, tornar possvelprever a suco a partir do ndice de Absoro(I

abs), parmetro resultante do Ensaio de Absorode gua, proposto por Nogami & Villibor (1979)na identificao de materiais inconsolidadoserodveis.

CONSIDERAES INICIAISERODIBILIDADE

A susceptibilidade eroso se relaciona a doisfatores principais, que so a destacabilidade etransportabilidade das partculas do solo, associadas,respectivamente, s foras de natureza superficial, es caractersticas fsicas como tamanho e forma daspartculas (Pejon, 1992; Vilar, 1987).

Assim, sua intensidade depende do tipo de solo.Materiais finos costumam ser menos erodveis que osgrossos, pois a destacabilidade de suas partculas dificultada pelas foras de coeso. No caso dos solosgrossos, dificilmente existem foras de coeso, nomximo uma coeso aparente que no obsta a desta-cabilidade dos gros.

A erodibilidade pode ser medida por diferentesensaios laboratoriais e ter avaliao direta, por ensaiosespecficos ou ainda por meio de ensaios indiretos,modelos matemticos e inmeros ndices para suaquantificao, como relatado nos trabalhos de Pejon(2007), Camapum de Carvalho (2006), Alcntara (1997),Cavalieri (1994), Denardin (1990), Vilar (1987), ngulo(1984), Nogami & Villibor (1979) e Bryan (1969).

Seu estudo ganha relevo quando se tratam de soloslocalizados em regio tropical, onde o intemperismoqumico predomina formando os solos no saturadosque se caracterizam pela ocorrncia de gua e ar emseus vazios em quantidade que varia de acordo comos teores de umidade inicial, como esquematizado naFigura 1.

FIGURA 1. Elemento de solo no saturado (Bueno, 1979).

TENSO DE SUCOSegundo Marinho (1997), pode ser definida como

uma presso isotrpica da gua intersticial que faz comque o sistema gua-solo absorva ou perca gua,dependendo das condies ambientais, aumentando oudiminuindo o seu grau de saturao. Em outras palavras,pode ser interpretada como a avidez que um meioporoso no saturado tem pela gua, resultante dasforas capilares, de adsoro e da concentrao desolutos.

Quando quantificada em funo da umidaderelativa chamada suco total, cujos componentes


de maior interesse so a suco matricial e a sucoosmtica. A primeira est associada ao fenmeno dacapilaridade, ao tipo de partculas e seu arranjoestrutural, ao passo que o componente osmticorelaciona-se concentrao qumica da gua (Fredlundet al., 1993).

Para o estudo dos condicionantes das feieserosivas e influncia na erodibilidade dos solos, a sucomatricial (S) tem relevante considerao em detrimentoda osmtica, pois equivale a diferena entre as pressesno ar (u

a) e na gua (u

w) dos poros do solo, podendo

influenciar no comportamento e deformao dos solosno-saturados.

S = ua u

w (1)

CURVAS DE RETENO DE GUAA curva de reteno de gua no solo descreve a

relao entre a suco e o contedo de gua no solo.Pode ser determinada pelos procedimentos de secagem(curva de drenagem) e umedecimento (curva deabsoro).

O processo de secagem se d quando umaamostra de solo previamente saturada submetida acrescentes suces matriciais, com expulso da guapelo material. O segundo mtodo tem na amostra secaum reservatrio para entrada do fludo, submetido reduo gradual da suco. Em ambos os procedi-mentos devem ser medidas as umidades de equilbriopara cada estgio de suco.

Independentemente da tcnica de imposio dasuco, as curvas de reteno de gua possui algunselementos principais onde se destacam a umidade desaturao (

s), a presso de entrada de ar e a umidade

residual (r), como visto na Figura 2. A presso de

entrada de ar, quando atingida, implica o incio doesvaziamento do maior poro. Para valores inferioresa ela, o solo se mantm saturado, embora com pres-

ses na gua negativas. A umidade residual represen-ta um valor abaixo do qual, praticamente, j no seconsegue extrair gua do solo com o aumento dasuco (Vilar, 2000).

INFLUNCIA DA SUCO NO PROCESSO EROSIVONo processo de formao dos solos no-saturados

em ambientes intemperizados a infiltrao das guasde chuva exerce papel preponderante na instabilizaodos macios, uma vez que pode contribuir para areduo dos parmetros de resistncia.

Em solos tropicais, por exemplo, o efeito doumedecimento do solo pode eliminar a cimentao e asuco, propriedades estas que contribuem para aestabilidade do solo. Enquanto o aumento do teor deumidade dissolve os agentes cimentantes, reduzindo acoeso aparente, pode diminuir as tenses de sucocausando bruscas redues de volume e colapso dosolo (Rodrigues, 2007; Campos, 2002; Lobo, 1997;Abramento, 1988).

FIGURA 2. Elementos da Curva de Reteno.

MATERIAIS E MTODOSREGIES AMOSTRAIS

As amostras de solo estudadas aqui foramcoletadas em regies diferentes com caractersticasprprias, desenvolvidas ao longo do tempo geolgico.Os pontos amostrais pertencem a regies das cidadesdo interior paulista: So Carlos e So Pedro (Figura 3),a cerca de 200 km da capital SP.

Nas reas dos municpios de So Carlos e SoPedro afloram, principalmente, as formaes geolgicasdos Grupos So Bento, representados pela FormaesPirambia, Botucatu (arenitos) e Serra Geral (basaltos

e diabsios), alm da Formao Itaqueri (arenitos). Emrelao a geomorfologia, a regio de So Carlos localiza-se nos reversos das cuestas baslticas, enquanto que aregio de So Pedro encontra-se na DepressoPerifrica Paulista (Flfaro, 1993; Zuquette, 1981).

O tipo de clima predominante segundo aclassificao de Koppen do tipo Cwa, inverno seco; eprecipitao mdia anual entre 1400 a 1500 mm. Asregies se inserem na Provncia Hidrogeolgica daBacia do Paran, sobre mananciais de gua subterrneacomo os Aquferos Guarani e Serra Geral, sedimentares


FIGURA 3. Localizao das regies amostrais (modificado de http://pt.wikipedia.org/wiki).

e fraturados, respectivamente, caracterizados por suaalta porosidade.

Ellert (1980) segundo Ferreira (2004) analisaramas guas subterrneas da regio de So Pedro econcluiu que a permeabilidade dos materiais que apre-sentavam homogeneidade granulomtrica superficial,

provenientes da Formao Pirambia, tinham uma altapermeabilidade, da ordem de 10-1 a 10-3 m/s.

ETAPAS DE CAMPOAs etapas e metodologias empregadas durante a

pesquisa podem ser resumidas como segue (Figura 4).

FIGURA 4. Fluxograma geral do estudo.


Reconhecimento da reaPrimeiro foi realizada uma visitao a diferentes

locais para coleta dos solos de interesse. Na etapa dereconhecimento fez-se uma rpida anlise tctil-visualdos materiais encontrados a fim de serem escolhidostipos de solo com percentagem de grossos e finosdiferenciada.

Alm da anlise visual, as regies foram selecio-nadas segundo caractersticas j conhecidas baseadasem estudos das potencialidades aos processos erosivos,como mostrado nos trabalhos de Ferreira (2004) e Silva(2003). Deu-se preferncia a pontos de coleta compredomnio de feies erosivas devido ao fluxo con-centrado de guas superficiais.

Coleta e Preparao das AmostrasA coleta foi efetuada tanto em superfcie como

em sub-superfcie, seguindo as tcnicas padronizadase adaptadas para o tipo de material e a finalidade aque se destinou. Recolheram-se dois tipos de amostras:deformadas e indeformadas.

Amostras DeformadasSo aquelas representativas quanto textura e

composio mineral. Foram caracterizadas atravs daidentificao tctil-visual e por ensaios de classificaosegundo prescries normativas.

Foram coletadas em superfcie, tomando-se osdevidos cuidados quanto manuteno do teor deumidade in situ e presena de matria orgnica(interferncia nos resultados), e logo mais devidamente

acondicionadas em sacos plsticos, perfazendo massaaproximada de 2 kg.

A partir destas, foram adquiridas amostras redu-zidas atravs de tcnicas de quarteamento, emquantidades padronizadas para os ensaios de caracte-rizao e de conhecimento das propriedades fsico-qumicas.

Amostras IndeformadasSo representativas quanto estrutura, teor de

umidade do solo, textura e composio mineral. Permi-tem determinar as caractersticas fsicas do solo in situ,como os ndices fsicos e os parmetros hidrulicos.

Durante a coleta das amostras teve-se o cuidadode escolher locais que no apresentassem excesso dematria orgnica e outros materiais que pudessem alterarsignificativamente os resultados dos ensaios propostos.

Em sub-superfcie, profundidade de 1 m dasuperfcie, retiraram-se amostras indeformadas atravsde escavao manual (Figura 5), com uso de equipa-mentos apropriados. Delas, moldaram-se amostrasindeformadas reduzidas (corpos-de-prova) de dimen-ses padronizadas para realizao dos ensaios desuco controlada e erodibilidade.

RegiesNa regio de So Carlos, a primeira rea de coleta

ocorreu no campo experimental da USP (Campus 2),no bairro de Santa Felcia, representada por taludes decorte da regio (Figura 6), com coordenadas UTM0197512/7564732 NW, altitude de 843 m.

FIGURA 5. Coleta de amostra inderformada (escavao e selamento).


FIGURA 6. Ponto de coleta Campus 2 (Solo 1).

J a segunda rea foi locada em taludes de cortes margens da avenida comendador Alfredo Maffei,prxima ao Crrego do Gregrio, no centro de SoCarlos (Figura 7), com coordenadas UMT 0202466/7561720 NE, altitude de 824 m.

Na regio de So Pedro, as amostras deformadase os blocos de amostra indeformada foram retiradosdo interior de uma vooroca (Figura 8), s margens darodovia SP-304, em Santa Maria da Serra (Figura 8),com coordenadas UTM 793223 E e 7500545 N, altitudede 512 m. As amostras foram revestidas com tela eparafina para evitar, respectivamente, deformaesestruturais do bloco e perdas excessivas de umidade.Por fim, foram armazenados em cmara mida, deforma a manter o teor de umidade natural.

ENSAIOS LABORATORIAISEnsaios de Caracterizao

Para a classificao e identificao dos materiaisinconsolidados, a pesquisa se ateve aos ensaios decaracterizao mais corriqueiros em Mecnica dosSolos, como a Anlise Granulomtrica Conjunta(NBR 7181/84) e Massa Especfica dos Slidos(NBR 6508/84). Isso se deveu inteno deste trabalhode promover a estimativa do potencial matricial dossolos a partir de medidas indiretas e por correlaesentre ndices fsicos, permitindo desta forma a equipa-rao com outros solos. Os demais ndices fsicos foramdeterminados por frmulas de correlaes entre ndices.

Ensaios de Laboratrio para Determinar as Curvasde Reteno de gua

As curvas de reteno de gua dos solos foramobtidas sob trajetrias de secagem, atravs dos mtodosdo Papel Filtro, Funil de Placa Porosa e Cmara dePresso de Richards. A Cmara de Presso deRichards tambm foi utilizada para aplicao de sucoem corpos-de-prova usados no ensaio de absoro.

Tcnica do Papel FiltroO ensaio foi realizado consoante metodologia

proposta por Marinho (1995). Por se tratar de ummtodo indireto para determinar a suco, foramutilizadas equaes como curvas de calibrao do papelfiltro usado. A suco matricial foi calculada a partirdos teores de umidade finais do solo e do papel filtro.

Resumidamente, a seqncia do ensaio mostradana Figura 9, onde os corpos de prova (10 x 50 mm)usados foram previamente saturados por capilaridade(24h para os arenosos e 48h para os argilosos) esubmetidos ao efeito da secagem ao ar at atingiremos parmetros de secagem (massa ideal) preesta-belecidos ao contato com o papel Whatman n 42. O

FIGURA 7. Ponto de coleta Facchina (Solo 2).

FIGURA 8. Ponto de coleta So Pedro (Solo 3).


papel filtro encontrou-se em pleno contato com o solode forma que a medida da suco obtida equivalessesomente matricial.

Aps o conjunto ser hermeticamente fechado, foideixado ao tempo de equilbrio de 7 a 10 dias. Apseste perodo, procedeu-se o clculo de umidade dospapis-filtro (2), umidade do solo (3) e conseqentesuco matricial atravs das equaes (4) e (5) deChandler (1992):

100.(%)sec

sec

a

amidapapel Massa

MassaMassaW = (2)

100.(%)slidos

guasolo Massa

MassaW =

(3)

%4710)( )log.48,205,6( >= papelWkPaSuco (4)

%4710)( )log.0622,084,4( = papelWkPaSuco (5)

Funil de Placa Porosa

Tambm conhecido como Funil de Haines, esteequipamento consiste num funil com uma placa porosade alto valor de entrada de ar, hidraulicamenteconectada a um tubo flexvel acoplado a um reser-vatrio de altura regulvel para sada da gua, quandoo procedimento a secagem da amostra.

Nessa tcnica, a suco foi pr-estabelecidaconforme a altura do reservatrio posicionado em cotainferior ao nvel da amostra saturada (Figura 10). Asuco (u

a - u

w), em kPa, equivaleu altura da coluna

dgua acima do nvel do reservatrio, negativa emrelao cota do solo ensaiado, sendo representadapela frmula (6):

(ua u

w ) =

w.( zA zB) (6)

O equipamento utilizado tem altura mxima de1,40 m, permitindo imposio mxima de 14 kPa, etrs compartimentos amostrais a serem utilizados porvez. Foram ensaiadas 03 (trs) amostras (40 x 16 mm)de cada solo para cada suco imposta. Usaram-seimposies de 2, 3, 5, 8, 12 e 13 kPa, definidas paradetalhar melhor o trecho inicial das curvas caracte-rsticas. O procedimento do ensaio seguiu a seguinteseqncia para cada suco: sistema foi inicialmente saturado com gua des-

tilada para evitar bolhas de ar no tubo e permitir acontinuidade da fase lquida;

as amostras previamente saturadas foram dispostassobre as placas porosas tambm saturadas, e o

FIGURA 9. Sequncia do ensaio de Papel Filtro.

FIGURA 10. Funil de Placa Porosa (EESC-USP).

conjunto foi fixado por anel metlico e protegidopela cmara externa;

reservatrio de gua foi ento rebaixado at aaltura de interesse, permitindo a dessaturao dosolo at que cessasse o fluxo de gua;

aps o equilbrio, as amostras foram retiradas parapesagem, e posterior determinao do teor de umi-dade gravimtrico.

Cmara de Presso de RichardsO equipamento consiste basicamente de uma

cmara, hermeticamente fechada, construda para


suportar altas presses, pois possui uma placa porosade alto valor de entrada de ar em seu interior, comvazios bastante diminutos, que permitem, dentro decertos limites, o fluxo de gua, mas no o de ar. ACmara hidraulicamente conectada a um mini-reservatrio por um tubo flexvel, estando em contatocom a atmosfera por um orifcio lateral (Figura 11).

A tcnica emprega o princpio da translao deeixos, com incrementos de presso de ar aplicados paraexpulsar a gua dos poros do solo. A gua do sistemafica submetida presso atmosfrica e por isso apresso da gua (u

w) durante o ensaio igual a zero; a

suco (ua u

w) induzida ento igual presso de ar

inicial. Apenas possvel garantir que a suco do solo

FIGURA 11. Componentes da Cmara de Presso de Richards (Libardi, 1995).

igual presso de ar aplicada aps o equilbrio dosistema, quando cessa o fluxo de gua das amostras.

Nesse ensaio, inicialmente, as placas porosas dealta presso de entrada de ar foram dispostas emrecipientes com gua destilada e deaerada parasaturarem por um perodo de no mnimo 24h. Aps asaturao, as amostras (40 x 20 mm) previamentetambm saturadas, foram distribudas sobre a placa afim de evitar descontinuidade da fase lquida (Figura12). Todo o sistema foi saturado, incluindo os tubos desada da panela. A Cmara foi hidraulicamenteconectada a um mini-reservatrio por um tubo flexvel,estando em contato com a atmosfera por um orifciolateral.

FIGURA 12. Sequncia do ensaio (saturao;montagem do equipamento; amostras sobre a placa).

Usaram-se duas panelas de presso, uma parasuces at 500 kPa e outra para suces maiores,at no mximo 1500 kPa. O ensaio foi conduzido comincrementos de presso de ar no interior da panela como intuito de drenar a gua contida nos corpos-de-prova.Foram impostas presses de 10, 20, 50, 100, 200, 500 e800 kPa. Cada valor de presso foi aplicada a umconjunto de amostras at se observar interrupo dofluxo de gua inicial. Esta interrupo no foi consi-derada como o equilbrio do sistema visto que os trstipos de solo estavam dentro da cmara, e cada umteria um tempo de equilbrio diferente.

Desta forma, o critrio de interrupo do ensaiofoi a constncia de massa verificada por meio dapesagem dos corpos-de-prova em balana de precisode quatro casas decimais. Cessada a variao demassa, retiraram-se as amostras para clculo dos teoresde umidade correspondentes a suco aplicada. Deacordo com os pares suco-umidade foram obtidasas curvas de reteno de gua.


Os incrementos de presso da Cmara de Pressode Richards foram determinados segundo a anlise dosresultados para cada solo em estudo, de acordo com otraado da curva de reteno de gua obtida pelastcnicas do Papel Filtro e Funil de Placa Porosa. Foramescolhidas faixas de suco de modo a complementaros intervalos das curvas com ausncia de pares suco-umidade.

A Cmara de Presso de Richards tambm foiutilizada para preparar as amostras para o ensaio deAbsoro Dgua. O equipamento foi escolhido paraeste fim por ser hermeticamente fechado e no permitirvariaes no teor de umidade das amostras. Alm disso,as amostras do mesmo material apresentariam menordisperso quando aos resultados de absoro de guadevido homogeneidade na imposio da suco.

Ensaios para Determinao do ComportamentoHdrico

Ensaio de Erodibilidade (Nogami & Villibor, 1979)O ensaio de erodibilidade consiste em determinar

a suscetibilidade dos diferentes tipos de solo aosprocessos erosivos, atravs do potencial de absorode gua pela amostra e sua perda de massa quandosubmersa em gua por um perodo de 24 h.

A metodologia proposta se divide em duas etapasclassificadas como de fcil e rpida execuo, bemcomo no dispendiosas por no necessitar de equipa-mentos sofisticados.

Tais etapas so: o ensaio de absoro de gua e ode perda de massa por imerso; as quais utilizamamostras indeformadas com dimenses de 45 mm dedimetro e 20 mm de altura, moldadas em um cilindro

FIGURA 13. Moldagem dos cps.FIGURA 14. Secagem ao ar.

de PVC rgido com a ponta biselada (Figuras 13 e 14).Neste trabalho, utilizaram-se amostras indefor-

madas secas ao ar e na sombra por um perodo desete dias, ao menos. Por este procedimento dificultaro controle do teor de umidade, corpos de prova foramensaiados aps terem sua umidade estabilizada naCmara de Richards e Funil de Placa Porosa, segundofaixas de suco mais apropriadas a cada mtodo.

Pelo menos 03 (trs) amostras de cada solo foramsubmetidas a cada tcnica, sendo que, ao atingirem oequilbrio para cada suco imposta, 02 (duas) foramtestadas no ensaio de erodibilidade, e 01 (uma) usadapara clculo do teor de umidade na estufa.

Tomaram-se os devidos cuidados no momento domanuseio das amostras retiradas dos equipamentos emdireo ao ensaio de absoro, a fim de que estas noperdessem massa de slidos, o que adulteraria osclculos finais bem como as correlaes propostas.

Absoro de guaPara a realizao deste ensaio, necessita-se de

um equipamento que consiste de um recipiente cilndrico(base), com as mesmas dimenses do cilindro deamostragem, conectado a um tubo de vidro horizontalgraduado. O conjunto preenchido com gua e naporo superior do recipiente, adapta-se uma pedraporosa, que deve ser mantida saturada.

A amostra deve ser pesada antes, e logo depoiscolocada sobre a pedra porosa saturada, dando-se incioneste momento contagem de tempo e fazendo-seleituras de volume de gua absorvida pela rea do corpode prova por intervalo de tempo, at que a gua atinjao topo da amostra, como ilustrado nas Figuras 15 e 16.


Procedeu-se da seguinte maneira: inicialmente, oequipamento de absoro foi calibrado, nivelado esaturado com gua destilada, a fim de que a gua dentrodo reservatrio aflorasse na pedra porosa saturada,mantendo-a dessa forma. Isso permitiu que um filmede gua sobre a pedra porosa garantisse um perfeitocontato com a amostra de umidade conhecida, e ovolume de gua fosse quantificado sem falseamentos.

Foi observado o menisco formado no interior dotubo, para que tangenciasse o incio da rgua de medida.Iniciou-se o ensaio atravs da contagem de tempo,marcando de 5 em 5 segundos o volume guaabsorvido pela rea do corpo de prova, representadopor q (cm/cm).

O ensaio se finda ao se perceber a mancha degua formada no topo da amostra, e o cessar domovimento do menisco no tubo. Logo depois, pesaram-se as amostras. De posse dos dados de volume e tempode absoro, plotaram-se curvas q x t0,5 cujocoeficiente angular da reta representa o ndice deabsoro de gua (I

abs), parmetro objeto das corre-laes propostas.

t

qI abs = (7)

Perda de Massa por ImersoObjetivando classificar os solos em erodveis e

no erodveis, foi realizado o ensaio de perda de massapor imerso logo aps o ensaio de absoro.

As amostras ficaram submerssas em reservatriocom gua, depois de serem presas a suportes apro-priados para que estas ficassem na posio vertical epudessem ter quantificadas as massas perdidas em rela-o ao peso inicial seco (Figura 17).

Aps um perodo de 24 h nessa condio, omaterial destacado foi coletado e os recipientes cuidado-samente retirados e secados em estufa, para obtenoda massa seca perdida. Esse valor em relao a massainicial equivale a perda de massa por imerso (P).

Com os parmetros Iabs e P foi possvel determinar

o ndice de erodibilidade (E), segundo formulaes (8)e (9) propostas, respectivamente, pelos autores doensaio e por Pejon (1992), que classificam o solo emerodvel (E < 1) e no erodvel (E > 1).

PI

E abs.5252 = (8)

PI

E abs.4040 = (9)

FIGURA 15. Equipamento de Absoro EESC/USP.

FIGURA 16. Detalhe da amostra sobre a pedra porosa.

FIGURA 17. Ensaio de perda de massa por imerso.


RESULTADOS E ANLISECARACTERIZAO

Os resultados dos ensaios de caracterizaoseguem resumidos da Tabela 1. Do ensaio degranulometria conjunta foram plotadas curvasgranulomtricas para cada solo (Figura 18) e aclassificao granulomtrica foi segundo a NBR 6502/95. Os valores da massa especfica dos slidos (S)foram obtidos segundo o ensaio normatizado.

TABELA 1. Classificao granulomtrica NBR 6502/95.

FIGURA 18. Curvas granulomtricas dos solos.

O Solo 1 e o Solo 3 foram classificados comoareia argilosa com distribuio granulomtrica uniforme,predominando as fraes de areia mdia e fina.Apresentam diferentes fraes de finos que influen-ciaram nas suas caractersticas de reteno, modifi-cando a forma e declividade das curvas de retenode gua, como ser visto mais adiante.

O Solo 2 foi identificado como uma argila silto-arenosa com 75% de finos, proveniente de um soloresidual de basalto. A frao fina no foi submetida aensaios de limites de consistncia, detendo-se apenas sua distribuio granulomtrica.

Os ndices fsicos foram calculados a partir damoldagem de mais de 200 amostras indeformadas.Observam-se altos ndices de vazios e porosidades relati-vamente altas acima de 40%, como visto na Tabela 2.

Curvas de Reteno de gua dos SolosAs curvas caractersticas para cada solo amos-

trado foram obtidas por secagem segundo asmetodologias para os ensaios de Papel Filtro, Funil dePlaca Porosa e Cmara de presso de Richards, comoj mencionado. Os trs mtodos foram usados conjun-tamente a fim de se abranger melhor as faixas desuco.

O Funil foi utilizado para suces baixas e paraatingir uma ampla faixa de suco usou-se o PapelFiltro. A Cmara foi til tambm para equiparar astendncias dos solos frente s vrias imposies reali-zadas. As Figuras 19, 20 e 21 mostram as curvas paraos pontos experimentais dispostos na Tabela 3. Osteores de umidade de saturao (w

sat) foram calculados

experimentalmente.

TABELA 2. ndices fsicos dos solos.


FIGURA 19. Curva de reteno de gua ajustada Solo 1. FIGURA 20. Curva de reteno de gua ajustada Solo 2.

FIGURA 21. Curva de reteno de gua ajustada Solo 3.

Nas faixas de suco onde houve sobreposiode valores, observa-se que h uma concordncia deresultados entre os trs mtodos utilizados. Nas demaisfaixas os resultados se complementam, permitindo aobteno de uma curva de reteno de gua mais bemdefinida. Usando as relaes empricas de VanGenutchen (1980), estipulou-se o ajuste da curva ca-racterstica de acordo com as formulaes (10) e (11):

mn

rSr

Sww

ww).1()(

+

+= (10)

nm

11= (11)

sendo que w, wr e w

s so, respectivamente, as umidades

gravimtrica, residual e de saturao; , n e m soparmetros de forma da curva de reteno, e S asuco matricial em kilopascal (kPa).

As curvas foram ajustadas no Software SWRC,utilizando os dados do Papel Filtro e do Funil. So

apresentadas na forma de umidade gravimtrica versusa suco em kPa. Os parmetros de ajuste das curvasso apresentados na Tabela 4.

Baseado no comportamento bimodal das curvasde reteno de gua dos solos no-saturados, o ajustefoi dividido em duas partes (Tabela 4). O ajuste inicial(a) representa o trecho da curva onde ocorre o esvazia-mento gradual dos macroporos devido primeirapresso de entrada de ar. O segundo ajuste (b) ocorredevido presso de entrada de ar necessria expulsoda gua dos microporos. A umidade residual do ajuste (a)foi adotada como a umidade de saturao do ajuste (b).

Uma anlise das curvas de reteno de cada solopermitiu inferir que as relaes suco-umidade estodiretamente relacionadas distribuio granulomtricados solos, o ndice de vazios, a percentagem de finos ea mineralogia.

Observou-se que, o solo argiloso (Solo 2), menospermevel, com partculas mais coesas e quantidademaior de microporos admitiu suces maiores para osmesmos teores de umidade dos solos arenosos. J osolos arenosos (Solo 1 e Solo 3) apresentaram um


TABELA 3. Pontos experimentais obtidos nos ensaios com controle de suco.

TABELA 4. Parmetros de ajuste das curvas de reteno de gua por Van Genutchen (1980).

formato diferente das curvas devido rpida drenagemque sofrem pelo esvaziamento progressivo dosmacroporos.

Os macroporos influenciam o trecho inicial dacurva, pois quando se registra a passagem de ar comum valor de presso necessria para esvaziar o maiorporo da estrutura (Rhm, 2004). As altas porosidadesdos trs solos (n > 40%) possibilitaram baixas pressesde entrada de ar (< 5 kPa), o que demonstra relativafacilidade de drenagem dos macroporos dos solosmesmo para baixas suces.

Com base nestas curvas de reteno foramdefinidas as suces que seriam impostas aos solos a

fim de prepar-los para o ensaio de absoro dgua,segundo s umidades de equilbrio correspondentes.Para tanto, novas amostras foram submetidas Cmara de Presso de Richards e ao Funil de PlacaPorosa. Escolheram-se suces de 2, 3, 4, 5, 8, 10, 13,20, 50, 100, 200, 500 e 800 kPa, em funo do tipo desolo e das limitaes de cada equipamento.

CURVAS DE ABSORO DE GUAAs curvas de absoro (q x t0.5) foram formadas

segundo os dados de pelo menos 2 amostras indefor-madas, como exemplificado na Figura 22. Foramplotadas curvas mdias de absoro e usados os


parmetros destas curvas. Obtiveram-se curvas deabsoro segundo o grau de saturao para cada soloem funo de cada suco imposta.

FIGURA 22. Curva de absoro de gua.

Optou-se por analisar as diferentes possibilidadesde relaes q x t0.5, considerando ou no o ponto (0,0),de zero tempo para zero absoro. Segue um exemplodas curvas de absoro do Solo 1, para cada amostraensaiada.

O ndice de absoro dgua (Iabs) equivale ao

coeficiente angular da reta ajustada aos pontosexperimentais. Foram utilizados apenas os pontosequivalentes ao trecho da reta com maior inclinao,desconsiderando-se os pontos aps a inflexo da reta,visto que os primeiros so representantes do potencialde absoro.

TABELA 5. Valores de ndices de absoro dos solos.

Analisaram-se 3 (trs) possibilidades de ajustedesta reta: nas primeiras considerou-se o ponto zero,forando ou no a passagem da reta de regresso poreste ponto; na terceira, ajustou-se a reta considerandosomente os pontos experimentais. Dos trs casos, asrelaes com maiores coeficientes de determinao(R) foram consideradas, apesar de no se notaremsignificativas diferenas em seus valores.

CORRELAESndice de Absoro versus Sucao (I

abs x S)Segundo as faixas de suco imposta e os teores

de umidade gravimtrica correspondentes, os valoresdos ndices de absoro se apresentam na Tabela 5.Considerando o intervalo das suces impostas, o Solo1 apresentou coeficientes R de 0,994 a 1,000; o Solo2 obteve R de 0,992 a 1,000; o Solo 3 obteve entre0,942 e 1,000.

Observa-se uma ntida tendncia de aumento daabsoro de gua com o aumento da suco econseqente diminuio do teor de umidade. Noentanto, alguns pontos discrepantes ocorreram, comopara a suco de 100 kPa, tanto no Solo 2 quanto noSolo 3. Estes valores podem ter sido causados por errosno ensaio de suco, quanto no de absoro de gua,pois so casos isolados.

O Solo 3 demonstrou valores mais elevados paraos ndices I

abs, consequncia de sua condutividadehidrulica elevada. Mota (2008) mostrou atravs deensaio apropriado que a condutividade hidrulica destesolo elevada e da ordem de grandeza de 10-3 cm/seg.


No entanto, seus ndices mais expressivos, emrelao aos demais solos, no significam que suacapacidade de reteno seja diretamente proporcional.Estes valores apenas demonstram que o material vido por gua para uma faixa de umidades baixas,sendo que a gua facilmente expulsa na mesmaproporo em que infiltra. Sendo observada aconcordncia entre diminuio do teor de umidade eaumento da absoro de gua, buscou-se estabelecera relao entre o I

abs e a Suco (S) (Figura 23).O Solo 1 e o Solo 3, mais arenosos, mostraram

melhor relao entre aumento da suco com o aumentodo I

abs (R entre 0,81 e 0,82), enquanto que o Solo 2exibiu coeficiente de determinao inferior (R = 0,71).Este fato pode estar relacionado ao maior teor de argiladeste solo, que mesmo com suces mais altas, noapresenta absoro de gua to rpida, devido aotamanho reduzido dos poros. Buscando-se amenizaresta influncia, dividiu-se o valor do I

abs pela respectiva

FIGURA 23. Relao entre Iabs e a suco.

FIGURA 24. Relao entre a razo do Iabs pelo teor de umidade e a suco.

umidade inicial do solo ensaiado e, correlacionou-secom o valor da suco (Figura 24).

Comparando as Figuras 23 e 24, verificou-se umamelhora na correlao para os trs solos. Portanto,considerou-se que esta forma de anlise conduz a umamelhor compreenso da influncia da suco naabsoro de gua.

Suco versus ndice de Erodibilidade (S x E)As amostras representativas provenientes da

regio de So Pedro confirmaram o comportamentoerodvel do solo quando analisadas segundo asformulaes (8) e (9). Ao contrrio dos solos comfrao fina que encontraram na coeso estruturalestabilidade favorvel contra a desagregao de suaspartculas.

Valores de E52 e E40 podem ser vistos na Tabela 6e Figura 25, caracterizando o Solo 3 como erodvel (E< 1), e os Solos 1 e 2 como no erodveis (E > 1).


Constam tambm na tabela os valores mdios de Ppara cada suco.

No geral, notou-se que o aumento da suco(reduo do teor de umidade) parece conduzir maioresperdas (P) no ensaio de perda de massa por imerso.Como solos com altas perdas so, em geral, muito

susceptveis eroso, isto vem demonstrar a impor-tncia que pode ter a perda de umidade natural do solono processo erosivo. Assim sendo, quanto mais secoestiver um solo, quando do incio do evento chuvoso,maior poder ser sua desagregao e consequen-temente sua erodibilidade.

TABELA 6. Valores de E para os solos.

FIGURA 25. Grfico de Iabs x P.

CONCLUSOOs resultados obtidos neste trabalho permitiram

verificar a relao entre o aumento da suco com oaumento da velocidade de absoro de gua em trssolos com origem e granulometria diferentes.Observaram-se melhores correlaes para os solosmais arenosos (Solos 1 e 3), devido provavelmente aopredomnio das suces matriciais nestes solos. J solomais argiloso (Solo 2) apresentou correlaes inferiores,mas ainda assim significativas.

O estudo mostrou ainda a relevante influncia queo fenmeno da secagem, com conseqente aumentoda suco, pode ter no despreendimento das partculasdo solo provocando perda de massa por imerso. Este

efeito ficou mais evidente nos Solos 1 e 2, com maiorpercentagem de finos, quando se comportaram de duasformas: a) para suces menores que 5kPa apresen-taram perdas insignificantes de material; b) para valoresde suco elevados, atingiram mais de 40% de perdas.J para o Solo 3, essencialmente arenoso, as perdasforam altas mesmo para as suces baixas.

Como a perda de massa por imerso um impor-tante indicativo de desagregabilidade do solo, fator derelevncia na medida de sua erodibilidade, infere-seque o efeito da secagem dos solos pode contribuir parao aumento da suscetibilidade eroso de solos inicial-mente pouco erodveis. Portanto, a recomendao de


secagem prvia da amostra, para a realizao doEnsaio de Erodibilidade, proposto por Nogami e Villibor(1979) se justifica plenamente.

Constatou-se tambm a boa relao do ndice deabsoro (I

abs) com a suco (S), apresentando coefi-cientes de determinao (R) em torno de 0,9. Destamaneira, a realizao do ensaio de absoro dgua, paraum determinado solo, poderia permitir estimar, com boaaproximao, a faixa de suco em que se encontra.

Como este ensaio facilmente exeqvel, sendo realizadoem no mximo 2 minutos, permitiria rpida estimativada suco sem os dispndios dos equipamentos onerosos.

Por fim, o estudo mostrou novamente a boaconcordncia da erodibilidade do solo, determinada pelomtodo proposto por Nogami e Villibor (1979). Porm,apenas a regio da amostra 3 (So Pedro) se classificoucomo erodvel, apresentando problemas de erosoacelerada observados em campo.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq pelo financiamento da pesquisa.

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Manuscrito Recebido em: 1 de janeiro de 2010Revisado e Aceito em: 9 de abril de 2010

analise da influencia do teor de umidade na absorção de agua e sucção em estudos de erosao

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