Diagnóstico de erosões urbanas no município de alexânia – go



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VII Simpósio Nacional de Controle de Erosão

Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag

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Diagnóstico de erosões urbanas no

município de alexânia – go
PALOCCI, A.(1), FLEURY, S.V. (1), SILVA, W.S. (1), OLIVEIRA, D.M.(1), CAMPOS, A.B.(2). (1)geotec@furnas.com.br; FURNAS Centrais Elétricas S.A. – Goiânia-GO; (2)alfredocampos@uol.com.br; Universidade Federal de Goiás – Instituto de Estudos Sócio-Ambientais
RESUMO

No presente trabalho são apresentados resultados do reconhecimento e caracterização geológico-geotécnica de campo e dos ensaios realizados na avaliação geotécnica da erodibilidade, em quatro erosões no município de Alexânia em Goiás. O reconhecimento geológico-geotécnico compreendeu a delimitação da bacia de contribuição associada às erosões estudadas, o cadastro das erosões e a delimitação dos pontos para realização da investigação de campo e amostragem. As atividades de campo e os ensaios de laboratório visaram o diagnóstico dos processos erosivos e a obtenção de subsídios para definição de diretrizes para o controle corretivo das erosões estudadas.



P alavras-chaves: Erosão, Diagnóstico, Caracterização.
ABSTRACT

In order to evaluate erodibility characteristics of four erosions in the suburb of Alexânia city (Goiás state), laboratory tests were performed and the profile, in the field, was defined for geological-geotechnical purpose. The results of this study are presented in this paper. The field examination was attained to the erosion drainage basin related to the study, mapping and definition of pits for sampling and field investigations. Field investigations and laboratory tests were performed in order to know erosive process and to obtain information to define good practices for corrective control of the studied erosions.

Key words: Erosion, Diagnostic, Characterization.


  1. Introdução

O município de Alexânia localiza-se no Estado de Goiás, ao longo da BR-060 entre as cidades de Goiânia e Brasília. De acordo com Casseti et al. (1998) a área urbanizada do município de Alexânia assenta-se sobre uma superfície tabular erosiva integrante do Planalto do Alto Tocantins-Paranaíba a qual secciona estruturas metassedimentares do Grupo Araxá (quartzitos intercalados a xistos micáceos). Em face da ocupação desordenada do topo e entorno do platô, constata-se uma alta concentração de erosões lineares do tipo sulcos, ravinas e voçorocas junto às zonas de expansão do sítio urbano, como também na zona rural adjacente (Casseti et al.,1998).

O presente trabalho apresenta o levantamento de detalhe em campo de quatro erosões definidas para estudo visando o seu diagnóstico e cadastro, o que compreendeu a descrição de perfis, croquis de campo e amostragem de materiais. Com as amostras coletadas foram realizados ensaios geotécnicos de caracterização, erodibilidade e permeabilidade com o objetivo de melhor avaliar o comportamento dos materiais frente aos processos erosivos. Os ensaios foram realizados nos laboratórios do Centro Tecnológico de Engenharia Civil de FURNAS Centrais Elétricas S.A. em Goiânia. Foram realizados ainda furos de sondagem, com execução de ensaios SPT (Standart Penetration Test) e de infiltração.



2. METODOLOGIA

Caracterização geológico-geotécnica de campo

O trabalho de reconhecimento e caracterização geológico-geotécnica em campo compreendeu a delimitação da bacia de contribuição associada às erosões estudadas, o cadastro das erosões e a delimitação dos pontos para realização dos furos de sondagem e de coleta dos materiais a serem ensaiados em laboratório.

Para delimitação da bacia de contribuição utilizou-se carta planialtimétrica em escala 1:1.000 elaborada em campo com uso de teodolito.

O cadastro das erosões foi elaborado com uso de trena, bússola, altímetro e prancheta, e visou o entendimento da geometria, gênese e dinâmica evolutiva das erosões. Ao todo foram cadastradas quatro erosões que se associam a bacia de contribuição estudada tendo sido elaborados croquis e perfis transversais em escala 1:250 ao longo destas, a partir dos quais foi possível avaliar as características geológico-geotécnicas dos materiais envolvidos (solos e rochas) na dinâmica erosiva, bem como avaliar o comportamento dos fluxos hidrológicos superficiais e subsuperficiais que atuam sobre estes materiais. Ainda com base no croqui e perfis de uma das erosões, foram escolhidos os pontos de amostragem para os ensaios geotécnicos laboratoriais contemplando os diferentes tipos de materiais.

A partir das etapas anteriores procedeu-se a identificação dos materiais (solos e rochas) presentes ao longo da bacia de contribuição, com a finalidade de caracterizá-los e escolher os pontos para locar os furos de sondagem, realizar os ensaios SPT e de infiltração, e fazer o reconhecimento tátil-visual em subsuperfície. Deste modo foram definidos cinco pontos para sondagem, dois no entorno da erosão e três distribuídos em posições altimétricas distintas na bacia.


Ensaios de caracterização, erodibilidade e investigação de CAMPO.


Para a realização de ensaios geotécnicos de caracterização e erodibilidade dos solos em laboratório, foram coletadas amostras deformadas e indeformadas nos taludes da erosão n.º 1 (Figura 1).

Os ensaios geotécnicos de caracterização de solos realizados foram: ensaios de granulometria, determinação dos limites de liquidez e plasticidade e massa específica dos grãos. Foram realizados ainda ensaios de permeabilidade e ensaios de erodibilidade de desagregação e pinhole.

Os ensaios de desagregação foram realizados em amostras indeformadas, sob duas condições de imersão do corpo de prova: imersão total desde o início do ensaio e imersão parcial e gradual do corpo de prova, com imersão total acontecendo após 90 minutos. Após a imersão total, o ensaio prosseguia por 24 horas.

O ensaio de pinhole ou ensaio de furo de agulha visa identificar o potencial de dispersibilidade em solos, propriedade que apresentam certos solos finos, de permitirem que suas partículas sejam desagregadas quando em presença de água. A metodologia adotada foi à apresentada por Santos (1997) que introduziu algumas modificações no procedimento de ensaio para melhor caracterizar o comportamento dos solos frente a esforços erosivos. O ensaio consiste em fazer percolar água através de um furo de 1mm de diâmetro sob gradientes hidráulicos definidos, observando-se a coloração da água e medindo-se a vazão percolada. Os ensaios de pinhole foram realizados em amostras indeformadas e em solos com grande porcentagem de areia, apesar do ensaio ser originalmente proposto para avaliar a dispersibilidade em solos compactados de granulometria fina.


F
igura 1 - Área da microbacia estudada em detalhe.

Nos levantamentos de campo foram realizadas sondagens mistas (percussão e rotativa). Foram executados cinco furos de sondagem, sendo dois nas proximidades da erosão e três na área urbana da cidade, acompanhados de ensaios SPT de metro em metro e de ensaios de infiltração para avaliar a resistência e a permeabilidade dos materiais. Para a caracterização tátil-visual foi realizada amostragem de bico de sonda de metro em metro. Foram instalados ainda medidores de nível d´água para monitorar diariamente as oscilações do lençol freático.



3. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

Reconhecimento geológico-geotécnico da bacia de contribuição e das erosões

A bacia de contribuição apresenta área de 21,5 ha e localiza-se numa região urbanizada assentada sobre uma superfície aplainada (Platô de Alexânia) bastante impermeabilizada por edificações e arruamentos (Figura 1). A variação altimétrica máxima na bacia é de 21 metros, onde no ponto mais alto (próximo ao furo de sondagem SM-3) afloram solos residuais argilosos e no ponto mais baixo (próximo aos furos SM-1 e SM-2) lateritas. De modo geral à medida que se aproxima do ponto de menor altitude a espessura desses solos residuais tornam-se menores, em decorrência de processos erosivos ocorridos ao longo da esculturação da bacia, e as lateritas tornam-se mais espessas e endurecidas.

As quatro erosões cadastradas (Figura 1) posicionam-se junto às cotas inferiores desta bacia de contribuição no limite desta com as íngremes escarpas que delimitam o Platô de Alexânia.

De modo geral, a dinâmica das erosões é fortemente controlada por fluxos hídricos superficiais decorrentes das precipitações que ocorrem na área da bacia, os quais são coletadas na área de captação desta e conduzidos através de ruas até limite entre o platô e a escarpa, aonde chegam como enxurradas de alta velocidade e vazões que alcançam 3,7m3/s (obtida através da aplicação do Método Racional), incidindo sobre as zonas onde se localizam as erosões. Quando alcançam as erosões, a ação mecânica destas águas atua sobre os materiais com diferentes comportamentos geológico-geotécnicos promovendo o surgimento de sulcos que rapidamente evoluem para ravinas e voçorocas à medida que aprofundam e alcançam substratos mais erodíveis e saturados. Ainda quanto ao comportamento hídrico, quando as erosões alcançam profundidades superiores à 10m podem interceptar o lençol freático e promover o surgimento de pontos de pipping, os quais favorecem o desenvolvimento de processos erosivos internos do substrato saturado instabilizando os taludes da erosão.

Quanto aos materiais geológico-geotécnicos encontrados nas erosões, estes se caracterizam pela presença de substrato fraturado e alterado pertencente ao Grupo Araxá que localmente é representado nos taludes das erosões por uma seqüência constituída quanto a sua gênese, do topo para a base de lateritas (2-4m), quartzitos puros e impuros (até 3m), mica-quartzo xisto (4m) e mica-xisto (>10m) (Figura 2).

RESULTADOS DOS ENSAIOS GEOTÉCNICOS E DA INVESTIGAÇÃO DE CAMPO

As amostras foram coletadas na erosão 01, divida para efeito de identificação e realização dos ensaios de laboratório em quatro horizontes, sendo o primeiro horizonte correspondente à couraça laterítica, o segundo ao quartzito, o terceiro ao mica-quartzo xisto e o quarto ao mica-xisto. As amostras foram coletadas em cada um dos horizontes. As profundidades médias de coleta foram de 2,0m, 7,0m, 10,0m e 25,0m em acordo com a espessura das camadas. As amostras foram coletadas no mês de outubro de 1999.

A Tabela 1 apresenta os resultados dos ensaios de caracterização, de massa específica seca e umidade natural, a Tabela 2 a granulometria dos solos ensaiados e a Figura 3 as suas curvas granulométricas.

Tabela 1 – Resultados de ensaios de caracterização.



Localização

wL

(%)

wP

(%)

IP

(%)

d

(g/cm³)

w

(%)

s

(g/cm³)

2º Horizonte – Amostra 01

30

19

11

-

-

2,778

2º Horizonte – Amostra 02

33

22

11

1,419

11,4

2,801

2º Horizonte – Amostra 03

38

26

12

-

-

2,739

3º Horizonte - Amostra 01

37

23

14

1,445

10,9

2,801

3º Horizonte - Amostra 02

36

24

12

1,575

10,1

2,807

4º Horizonte - Amostra 01

43

25

18

1,595

15,1

2,910

4º Horizonte - Amostra 02

43

26

17

1,651

18,2

2,903

Onde: wL = limite de liquidez; wP = limite de plasticidade; IP = índice de plasticidade; d = massa especifica aparente seca, w = teor de umidade natural e s = massa específica dos sólidos.




Figura 2 – Croqui e perfis transversais da erosão nº 01.

Tabela 2 – Resultados de ensaios de granulometria.



Amostra

% de Pedregulho

% de Areia

% de Silte

% de Argila

2º Horizonte - Amostra 01

7,3

62,4

26,3

4,0

2º Horizonte - Amostra 02

13,6

47,6

27,3

11,5

2º Horizonte - Amostra 03

15,1

43,5

28,4

13,0

3º Horizonte - Amostra 01

1,6

47,1

43,3

8,0

3º Horizonte - Amostra 02

1,3

44,8

48,9

5,0

4º Horizonte - Amostra 01

4,7

30,2

62,1

3,0

4º Horizonte - Amostra 02

3,9

28,6

62,5

5,0

Os resultados dos ensaios de permeabilidade à carga variável encontram-se na Tabela 3. Devido às dificuldades de moldagem, não foi possível realizar ensaio de permeabilidade em amostras do segundo horizonte (quartzito). As amostras coletadas nesse horizonte apresentavam-se com baixa umidade e com fácil desagregação ao manuseio.

Tabela3 – Ensaios de Permeabilidade


Amostra

Índice de vazios

K20ºC - cm/s

3º Horizonte

0,736

5,05 x 10-5

4º Horizonte

0,826

2,81 x 10-5

Os ensaios de desagregação foram realizados em amostras indeformadas dos horizontes três e quatro e em amostra da laterita. A amostra da laterita não apresentou alterações mesmo transcorridas 24 horas de imersão. Devido às dificuldades de moldagem, não foi possível a realização do ensaio em amostras do segundo horizonte.

No ensaio realizado com imersão parcial, observou-se rápido processo de desagregação dos corpos de prova dos terceiro e quarto horizontes pelo processo de abatimento, quando submetidos à imersão até um terço de sua altura. Para o quarto horizonte o processo ocorreu em menor escala. Esse processo por abatimento teve continuidade durante a imersão gradual, sendo que após 24 horas a amostra do terceiro horizonte apresentou desagregação total e a amostra do quarto horizonte apresentou desagregação parcial.

F
igura 3 - Curvas granulométricas

No ensaio realizado com imersão total dos corpos de prova, o terceiro horizonte apresentou desagregação total poucos minutos após a imersão. O quarto horizonte apresentou desagregação parcial do corpo de prova poucos minutos após a imersão, não sofrendo maiores alterações após 24 horas.

A análise dos resultados dos ensaios de pinhole classifica o solo do quarto horizonte como ND1, ou seja, não dispersivo, e o solo do terceiro horizonte como ND3, de dispersibilidade média.

A Figura 4 apresenta perfis representativos dos resultados dos ensaios de SPT das sondagens realizadas na área urbana e nas proximidades da erosão. Apresenta também os resultados dos ensaios de infiltração realizados nestes furos.



4. Discussão dos resultados

Os ensaios SPT mostraram que no furo SM-3, na área urbana da cidade, o perfil de solo apresenta um solo residual argiloso de baixa resistência mecânica (consistência mole) com uma espessura de aproximadamente 15 metros, seguida de uma camada de couraça laterítica e de solo saprolítico, ambos com boa resistência mecânica. As sondagens conduzidas nas vizinhanças da erosão (Furos SM-01 e SM-02) apresentaram um perfil constituído da couraça laterítica entre 5,0 e 7,0 metros de espessura com baixa a média resistência, seguida de residuais de mica-xisto intercalados por finas camadas de quartzito friável de até dois metros, ambos com baixa a média resistência. As diferenças entre os perfis mostram significativa variação de espessura no solo residual argiloso na micro-bacia e conseqüentemente diferentes comportamentos geotécnicos.





O


Figura 4 – Perfis de SPT e resultados de ensaios de infiltração - Furo 03 na área urbana e Furo 01 nas proximidades da erosão.

s ensaios de infiltração foram realizados, em média, até uma profundidade de 25 metros para avaliar a permeabilidade do solo em profundidade, tendo demonstrado em geral que estes materiais possuem baixa permeabilidade (coeficiente de permeabilidade médio de 10-5 cm/s) proporcionando maior intensidade no escoamento superficial e menor incidência de escoamento subsuperficial.

Os medidores de nível d’água instalados mostraram que há uma oscilação do nível freático entre o período seco e chuvoso de até 10 metros, o que proporciona a ocorrência de surgências d’água subterrâneas no interior das erosões durante o período chuvoso entre as profundidades de 10 a 20 metros. A profundidade do lençol determinada no monitoramento demonstra que até a espessura de 20 metros, durante o período seco, estes materiais em geral estão não saturados e até a espessura de 10 metros, durante o período chuvoso, estes materiais estão saturados em água. Este mecanismo de oscilação do nível freático e conseqüentemente de diferentes gradientes e taxas de saturação proporciona a ocorrência de pipping (erosão interna) durante o período chuvoso.

Os ensaios de caracterização dos solos mostram o aumento, com a profundidade, tanto dos valores de massa específica real dos grãos quanto de massa específica aparente. Os limites de liquidez e plasticidade também apresentam aumento com a profundidade. Apesar da pequena porcentagem da fração argila, verificou-se ser o seu índice de atividade, alto nos materiais dos terceiro e quarto horizontes.

Quanto a granulometria dos materiais verificou-se ser o solo do segundo horizonte (quartzito) uma areia com silte, o do terceiro horizonte (mica-quartzo xisto) uma areia siltosa e o solo do quarto horizonte (mica xisto) um silte arenoso. Na laterita a fração predominante é de pedregulho.

Ressalta-se que não é possível estabelecer uma relação direta entre as propriedades físicas e a susceptibilidade à erosão. Entretanto erosões são facilmente encontradas em locais de litologias xistosas, nos locais de solo de alteração e rocha alterada de textura areno-siltosa (Iwasa & Fendrich, 1998). Como esses materiais apresentam pouca coesão, devido à pequena porcentagem de argila, apresentam maior facilidade para a erosão.

Os ensaios de permeabilidade comprovaram a baixa permeabilidade dos materiais do terceiro e quarto horizontes em acordo com o determinado nos ensaios de infiltração de campo. A permeabilidade determina a maior ou menor capacidade de infiltração das águas da chuva, de modo que a baixa permeabilidade, que dificulta a infiltração e facilita o escoamento superficial, aliada à baixa coesão entre as partículas que compõem os horizontes favorecem o desenvolvimento do processo erosivo.

Com o intuito de verificar e comprovar a erodibilidade desses solos foram realizados os ensaios de desagregação e pinhole. Os ensaios de desagregação mostraram que os materiais dos terceiro e quarto horizontes são bastante susceptíveis à desagregação em presença de água, ou seja, apresentam pequena resistência a ação da água, sendo o terceiro horizonte mais afetado pelo processo. Com a amostra do segundo horizonte não foi possível a realização dos ensaios de erodibilidade, entretanto é possível afirmar ser este horizonte susceptível à desagregação devido à parcela da fração areia ser predominante e à não existência de coesão entre as partículas. A laterita não foi afetada pela presença de água, não sofrendo processo de desagregação.

Os ensaios de pinhole classificaram o solo do terceiro horizonte como não dispersivo, e o solo do terceiro horizonte como de dispersibilidade média. Entretanto conforme ressalta Santos (1997) o processo de erosão medido pelo ensaio, caso venha a ocorrer, será o atuante nas frações finas existentes nestes solos.



5. Conclusões

Considera-se que o roteiro metodológico adotado neste trabalho forneceu as informações necessárias para a realização do diagnóstico dos processos erosivos e avaliação de seus condicionantes físicos e geotécnicos, visando em etapa posterior à proposta de diretrizes adequadas para o controle corretivo das erosões.

Face às características dos materiais e dos fluxos superficiais e subsuperficiais que incidem sobre eles, são ativos na evolução da dinâmica erosiva os processos de aprofundamento vertical da erosão (entalhe), relacionados à ação das águas superficiais concentradas provenientes da bacia de contribuição e das águas de subsuperfície que operam através das surgências e promovem erosão interna do substrato alterado e saturado. Atua ainda o processo de solapamento dos taludes quando sobre influência das águas superficiais e subsuperficiais, as quais agem instabilizando os taludes laterais da erosão proporcionando seu desmonte e o alargamento da erosão.

Os ensaios de caracterização visaram a identificação dos solos quanto à textura, plasticidade e estrutura, obtendo-se uma melhor avaliação das propriedades dos solos e a influência destas na resistência à ação erosiva da água.

Os ensaios de erodibilidade permitiram que se estabelecesse uma comparação entre os diferentes perfis e tipos de solo quanto à susceptibilidade à erosão. Os resultados dos ensaios de erodibilidade realizados mostraram boa concordância com as observações de campo.

O ensaio de desagregação mostrou-se um bom índice qualitativo na previsão do comportamento dos solos frente os processos erosivos e devido a sua simplicidade pode ser utilizado para uma previsão inicial do comportamento dos solos na presença de água. Santos & Camapum (1998) sugerem a realização destes ensaios para direcionar a realização de ensaios de erodibilidade mais elaborados, tais como os ensaios de pinhole e Inderbitzen.

Os furos de sondagem permitiram a amostragem e a caracterização geológico-geotécnica de modo a identificar os materiais ao longo da linha de perfuração. A investigação realizada e os resultados dos ensaios de SPT também fornecerão subsídios para a avaliação e dimensionamento das estruturas corretivas de combate as erosões.

Referencia Bibliográfica

CASSETI, V.: Campos, A. B.; Lima, C.V. e Romão, P.A. (1998) – Simpósio Nacional de Geografia Física e Aplicada. Belo Horizonte, MG.

IWASA, O. & Fendric, R. (1998). Controle da erosão urbana. Geologia de Engenharia, Antônio M. S. Oliveira & Sérgio N. A. de Brito (eds.), ABGE, São Paulo, SP, pp. 272-281.

SANTOS, R.M.M (1997). Caracterização Geotécnica e Análise do Processo Evolutivo das Erosões no Município de Goiânia. Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, Brasília, DF.



SANTOS, R. M. M. & Camapum, J. (1998). Ensaios de erodibilidade em voçorocas do município de Goiânia, XI Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, ABMS, Brasília, DF, 581-588.





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