15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
PREVISÃO DO COMPORTAMENTO GEOMECÂNICO DE HORIZONTES
RESIDUAIS PERTENCENTES ÀS ÁREAS COM POTENCIAL PARA
EXPANSÃO URBANA NO MUNICÍPIO DE SÃO BERNARDO DO CAMPOSP.
Aloá Dandara de Oliveira de Souza (1); Cláudia Francisca Escobar de Paiva
(2)
.
RESUMO
O presente trabalho possui como objetivo classificar dois solos residuais jovens
pertencentes às áreas com potencial para expansão urbana no município de São Bernardo do
Campo - SP. Os ensaios para classificar os solos tropicais, previstos neste trabalho, foram
realizados dentro dos conceitos estabelecidos pela metodologia MCT- Miniatura Compactada
Tropical. Esta metodologia baseia-se na determinação de parâmetros fornecidos pelos ensaios de
Compactação Mini-MCV e pelo ensaio de Perda de Massa por Imersão, classificando os solos
tropicais em dois grandes grupos: os de comportamento laterítico e os de comportamento não
laterítico. Além da classificação MCT, foram aplicadas as classificações SUCS (Sistema Unificado
de Classificação de Solos) e HRB (Highway Research Board). A caracterização e classificação
dos horizontes e, por conseguinte a previsão do comportamento geomecânico dos solos tropicais
presentes em áreas de expansão urbana municipal destaca-se como uma necessidade do meio
técnico-científico, por um lado devido aos poucos estudos e levantamentos realizados para tal
finalidade, por outro pela necessidade da indicação de diretrizes para o planejamento territorialurbano das áreas de expansão urbana municipais, visando atender a Lei 12.608/12 que
contempla a elaboração das Cartas Geotécnicas de Aptidão à Urbanização. Pretende-se,
portanto, com este trabalho discutir e contribuir para uma melhor classificação dos solos tropicais
presentes em áreas de expansão urbana, assim como, avaliar seu comportamento geomecânico
frente aos possíveis processos geológico-geotécnicos da dinâmica territorial brasileira.
ABSTRACT
This work aims to classify the young residual soils belonging to areas with potential urban
expansion in São Bernardo do Campo - São Paulo, Brazil. The tests for classifying tropical soils
were performed based on the MCT (Miniature-Compacted-Tropical). This methodology is based on
determining parameters provided by the tests Mini-MCV Compaction and Loss of Soil by
Immersion. The classification separates the tropical soils into two groups: with lateritic and nonlateritic behavior. Besides MCT methodology, were applied the ratings USCS (Unified Soil
Classification System) and HRB (Highway Research Board)
The characterization, classification and consequently the prediction of geomechanical
behavior of soils present in areas with potential urban expansion stands out as one of the
requirements in the technical-scientific community, due to few studies and surveys conducted for
this purpose and the need for indication of guidelines for territorial-urban planning of the municipal
areas of urban expansion in order to meet the Law 12608/12, which includes the preparation of
Aptitude Geotechnical to Urbanization Charts. Therefore, the intention of this paper is to discuss
and contribute to a better classification of tropical soils present in areas of urban expansion, as well
as assess their geomechanical behavior in respect of potential geological and geotechnical
processes of brazilian territorial dynamics.
Palavras-chave: Sistemas classificatórios, metodologia MCT e solos residuais jovens.
(1) Discente UFABC - Universidade Federal do ABC, Rua santa Adélia, 166- Bl. A, (11)961388040,
[email protected].
(2) Engenheira, Dra. Professora adjunta do Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas –
CECS –UFABC - Universidade Federal do ABC, Rua santa Adélia, 166- Bl. A, sala 609-Torre 1, (11) 992748045 (11) 4996-8208, [email protected].
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15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
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1 – INTRODUÇÃO
O objetivo de caracterizar e classificar os solos é a possibilidade de realizar previsões do
seu comportamento geomecânico em obras de engenharia, mineração e meio ambiente.
Sabe-se que, as descrições realizadas em cortes ou taludes somadas a ensaios in situ
e/ou laboratoriais tornam possível confeccionar mapas e seções com os respectivos grupos de
solos classificados quanto à gênese e ao comportamento geotécnico esperado (OLIVEIRA, 1998).
O procedimento denominado de classificação do solo, isto é, determinação da categoria de
comportamento geomecânico à qual um solo pertence, é precedido pela caracterização que, por
sua vez, refere-se à determinação das características dos solos e, por conseguinte, a distinção
entre horizontes com comportamento, gênese e características geológico-geotécnicas diversas.
Historicamente, desde o fim da década de 30, tem-se notado em território nacional
algumas incoerências com o uso da mecânica dos solos tradicional na previsão do
comportamento geomecânico dos solos tropicais. Segundo Nogami & Villibor (1995), tais
incoerências devem-se às peculiaridades dos solos e do ambiente tropical, destacando-se: a
constituição mineralógica, a fábrica (esqueleto ou arcabouço) e as propriedades índices desses
solos.
É notório, desta forma que descrever, caracterizar e classificar horizontes pedológicos
tropicais pertencentes às áreas mais suscetíveis aos processos geodinâmicos mostra-se
extremamente importante nos estudos que envolvem acidentes geológico-geotécnicos, assim
como, tais análises podem fornecer subsídios para que os novos projetos de parcelamento do
solo incorporem diretrizes voltadas para a prevenção dos desastres naturais, especialmente
aqueles associados a deslizamentos de encostas, erosões e demais processos geológicos
correlatos.
Em virtude do exposto, faz-se necessário uma contribuição significativa do meio técnicocientífico para o melhor entendimento do comportamento geomecânico dos solos tropicais
pertencentes não só às áreas de risco, como também às áreas com potencial para expansão
urbana.
2 – A IMPORTÂNCIA DOS SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS NA PREVISÃO DO
COMPORTAMENTO GEOMECÂNICO DE HORIZONTES TIPICAMENTE TROPICAIS
Nas últimas décadas a Geotecnia dos Solos Tropicais brasileiros evoluiu
significativamente, entretanto, alguns importantes parâmetros e características comportamentais
desses solos precisam ser melhor conhecidos e aprimorados necessitando de uma investigação
mais criteriosa a luz das propriedades estabelecidas pela Mecânica dos Solos (BARRAZA
LARIOS & NOBREGA, 2000) e pela Tecnologia dos Solos Tropicais (NOGAMI & VILLIBOR,
1995).
Pelo exposto, é de fundamental importância, a proposição de estudos para a descrição,
caracterização e classificação dos solos tropicais visando um maior e melhor entendimento da
influência de suas características geomecânicas nos processos de instabilização de
encostas/taludes.
Vale ressaltar que, as informações sobre o comportamento geomecânico dos solos
tropicais quando adequadamente analisadas, podem subsidiar tomadas de decisão no âmbito da
Geologia de Engenharia Ambiental, destacando-se, entre outros, o adequado uso do solo para
ocupação urbana e rural, assim como, a avaliação da sua maior ou menor susceptibilidade aos
processos geodinâmicos superficiais (erosões, escorregamentos, colapsos, etc.). É notório no
meio técnico-científico que, as informações contidas nos trabalhos de classificação de solos são
fundamentais para a elaboração de cartas destinadas ao planejamento urbano e territorial como
as cartas geotécnicas (OLIVEIRA, 1998).
Pelo exposto, novos trabalhos, além de contribuírem para a melhor compreensão do
comportamento dos solos tropicais em áreas de risco, podem orientar a seleção de áreas para a
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ocupação e instalação de futuros conjuntos habitacionais ou loteamentos populares de caráter
social que, atualmente, são as maiores fontes potenciais de instabilização de encostas, por
estarem geralmente em terrenos situados em áreas mais problemáticas sob o ponto de vista
geotécnico (PAIVA, 2005).
3 – ÁREA DE ESTUDO
No município de São Bernardo do Campo - SP podem ser observados três grandes
compartimentos geomorfológicos (IPT, 1990): as Colinas de São Paulo, a Morraria do Embu, onde
a maioria dos assentamentos, sujeitos aos processos geodinâmicos, ocupam os trechos menos
favoráveis deste compartimento e a Serra do Mar, onde não se registra ocupação significativa.
Geologicamente, identificam-se, principalmente, substratos rochosos constituídos por xistos e
micaxistos, em geral, estáveis e, observam-se também grande quantidade de depósitos artificiais
de cobertura, constituídos por aterros lançados durante os processos de ocupação e de
implantação das moradias e por lixo que, segundo Cerri et al. (2010), é gerador de grande parte
dos processos geodinâmicos registrados no município.
Foram coletadas amostras deformadas e indeformadas representativas de dois horizontes
típicos da região: horizonte residual de micaxisto (A-01) e solo de decomposição de granito (A-02)
(Figuras 1 e 2). Assim, amostras georreferenciadas representativas desses dois grupos foram
coletadas em dois diferentes pontos da área de estudo. A coleta de amostras foi orientada pelo
mapa pedológico e geológico do Estado de São Paulo (Escala 1:500000) e trabalhos de campo
prévios para identificação das principais formações pedológicas presentes na área de estudo.
Figura 1 - Amostra 01- Solo saprolítico residual - Silte Arenoso de micaxisto.
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Figura 2 - Amostra 02- Solo saprolítico residual - Areia siltosa de decomposição de granito.
4 – MATERIAIS E MÉTODOS
Neste trabalho foi aplicada a Classificação Geotécnica MCT (Miniatura Compactada
Tropical), além das classificações convencionais: SUCS (Sistema unificado de Classificação de
Solos) e HRB (Highway Research Board).
Inicialmente, in situ as amostras passaram por procedimentos de identificação visual e
táctil que foram repetidos em laboratório para confirmação dos resultados. Posteriormente, as
amostras foram submetidas aos ensaios de caracterização e classificação preconizados pelas
Normas Brasileiras da ABNT, sendo inicialmente preparadas segundo a NBR-6457/86
(Preparação de Amostras de Solo para Ensaios de Caracterização) e, posteriormente, ensaiadas
em conformidade com as normas NBR-7181/84 (Análise Granulométrica dos Solos por
Peneiramento e Sedimentação), NBR-6459/84 (Limite de Liquidez de Solos) e NBR-7180/84
(Limite de Plasticidade de Solos).
Na sequência, foram realizados os ensaios de Compactação Mini-MCV e o ensaio de
perda de Massa por Imersão.
O ensaio de compactação Mini-MCV foi desenvolvido a partir do ensaio inglês Moisture
Condition Value, sendo empregado apenas ao estudo de solos que passam integralmente na
peneira 10 (abertura de malha 2 mm). Em geral, são compactados cinco a seis corpos de prova,
com diferentes teores de umidade e com energia de compactação variável. Como resultado
obtém-se dois gráficos: um de deformidade e outro de compactação. Já o ensaio de perda de
massa por imersão foi criado com a finalidade de se distinguir o comportamento dos solos
lateríticos dos não lateríticos, sendo utilizado na classificação do solo tropical no cálculo do
coeficiente e’ (VILLIBOR et al., 2007).
No ensaio de perda de massa por imersão avalia-se o comportamento do solo quando
saturado. Desta forma, o corpo de prova compactado resultante do ensaio Mini-MCV é deslocado
em 10 mm de dentro do cilindro e submerso em água na posição horizontal, recolhendo-se, após
20 horas, o material desprendido do corpo de prova. A massa seca da amostra é determinada
através da análise da parte desprendida neste ensaio e, assim, determina-se a perda de massa
por imersão (Pi).
Após a realização do ensaio de compactação e perda de massa por imersão, os solos
podem ser classificados em um dos 7 grupos comportamentais da classificação MCT. Sendo que,
a mesma agrupa os solos tropicais em duas grandes classes quanto ao comportamento: laterítico
e não-laterítico (NOGAMI & VILLIBOR, 1995).
Os ensaios realizados adicionalmente (Análise Granulométrica e Limites de Consistência)
foram feitos para classificar os solos segundo os principais classificações geotécnicas tradicionais
que são a HRB (Highway Research Board) - AASHTO e o Sistema unificado de Classificação de
Solos (SUCS).
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5 – RESULTADOS
As características das amostras A-01 e A-02 são apresentadas na Tabela 1, onde também
está informado o horizonte de coleta e a sua origem geológica. Vale ressaltar que, para a
caracterização de solos tropicais, a partir da Classificação MCT, estas últimas informações são
imprescindíveis, uma vez que permitem fazer associações entre a classificação MCT e a
perspectiva de comportamento geomecânico inerente à sua origem genética.
Já na Tabela 2 estão apresentados os resultados dos ensaios de caracterização (Análise
granulométrica e Limites de Consistência) das amostras coletadas.
Tabela 1. Características das amostras ensaiadas.
Amostra
Designação
Local
Origem Geológica
HORIZONTE
Granulometria
(% passando)
No. 4
No. 10
No. 40
No. 200
CLASSIFICAÇÃO MCT
A-01
A-02
Silte Arenoso de micaxisto.
Areia argilo siltosa de
decomposição de granito
Jardim São Jorge-SBC-SP
Granitos equigranulares, médios
e grossos, bastante alterados
Parque Ideal – SBC-SP
Micaxistos e/ou Metarenito, inclui
também xitos miloníticos em
zonas de cisalhamento
C
100
98,82
89,26
21,77
NS’ – Não Laterítico Siltoso
C
99,80
98,04
78,03
32,47
NG’ – Não Laterítico Argiloso
Tabela 2. Caracterização geotécnica das amostras.
FRAÇÃO FINA (%)
AREIA (%)
Amostra
P (%)
LL
(%)
LP
(%)
IP
(%)
wnat
A+S
F
M
G
A-01
21,77
67,49
9,56
1,18
0,00
32,40
29,84
2,56
12,83
A-02
32,47
45,56
20,01
1,76
0,20
32,12
25,19
6,93
15,00
Onde:
A + S: Argila + Silte (Fração Fina do Solo);
Areia F: Areia Fina; Areia M: Areia Média; Areia G: Areia Grossa;
P: Pedregulho; LL: Limite de Liquidez; LP: Limite de Plasticidade;
IP: Índice de Plasticidade; Wnat: Teor de Umidade Natural.
Visando caracterizar as amostras (A-01 e A-02) coletadas sob os diferentes aspectos das
classificações convencionais e não convencionais, incluindo a classificação MCT-M (Miniatura
Compactada Tropical - Modificado) proposta por Vertamatti (1998), que inclui a gênese dos solos
transicionais, a Tabela 3 expõe os grupos aos quais as mesmas pertencem.
Tabela 3. Classificação geotécnica das amostras.
AMOSTRA
A-01
A-02
CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA
CONVENCIONAIS
SUCS
HRB
ML
A-2-4
SM
A-2-4
MCT
NS’
NG’
NÃO CONVENCIONAIS
MCT-M
NS’
NS’G’
Onde:
ML: Silte de Baixa Plasticidade;
SM: Areia siltosa
A-2-4: Pedregulhos e Areias siltosas e argilosas
NS’: Solos de Comportamento Não Laterítico Siltoso.
NG’: Solos de Comportamento Não Laterítico Argiloso.
N’S’G’: Solos de Comportamento Não Laterítico Silte Argiloso.
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No Sistema de Classificação Unificado, a amostra A-01 encontra-se na faixa de finos,
subgrupo ML, caracterizado por siltes de baixa plasticidade e a amostra A-02 encontra-se no
grupo das areias siltosas. Já de acordo com a classificação HRB, tanto a amostra A-01 como a
amostra A-02 pertencem ao grupo A-2-4 caracterizado por pedregulhos e areias siltosas e
argilosas. Por fim, tanto na classificação MCT (Figura 3) como na classificação MCT-M (Figura 4)
a amostra A-01 pertence ao grupo NS’ que compreende siltes caolínicos e micáceos, siltes
arenosos e siltes argilosos não-lateríticos. Já a amostra A-02 na classificação MCT encontra-se no
grupo NG’ de comportamento não laterítico argiloso e, pela classificação MCT-M, passa a
pertencer ao grupo intermediário entre os solos siltosos e argilosos, isto é, grupo NS’G’.
A-01
A-02
Figura 3. Classificação da Amostra A-01 e A -02 ( ) no Ábaco MCT.
A-01
A-02
Figura 4. Classificação da Amostra A-01 e A -02 ( ) no Ábaco MCT-M.
Sabe-se que o coeficiente c’ possui boa correlação com a granulometria do solo, sendo
que valores de c’ superiores a 1,5 são típicos de solos argilosos. Por sua vez, valores
intermediários de c’ (1,0 < c’ <1,5) podem representar o comportamento de areias siltosas ou
areias argilosas. Já valores de c’ baixos caracterizam solos arenosos e siltosos não plásticos.
Na proposta metodológica de Nogami e Villibor (1979), o coeficiente e’ sinaliza o
comportamento laterítico ou não laterítico de um solo. Ressaltando que, solos classificados com
comportamento laterítico possuem, em média, valores elevados de d’ (d’> 20) e baixos valores de
perda de massa por imersão (Pi <100).
Destaca-se os elevados valores de perda de massa por imersão (Pi) para os solos
classificados como NS’ (Tabela 4), sugerindo um elevado grau de erodibilidade para estas
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amostras, em especial para a amostra A-01 que possui valores médios para perda por imersão da
ordem de 515%.
Essa análise corrobora com observações feitas no meio técnico-científico sobre a maior
susceptibilidade dos horizontes saprolíticos aos processos erosivos hídricos.
Tabela 4. Valores médios para os coeficientes classificatórios da metodologia MCT e MCT-M para as
amostras A-01 e A-02.
AMOSTRA
c’
d’
e'
Pi (%)
CLASSIFICAÇÃO
MCT
CLASSIFICAÇÃO
MCT-M
A-01
A-02
0,70
1,60
30,8
4,53
1,80
1,70
515
60
NS’
NG’
NS’
NS’G’
No caso da susceptibilidade à erosão, as propriedades geotécnicas básicas consideradas
importantes, segundo os pesquisadores, são: análise granulométrica, índice de vazios, estrutura
do solo, parâmetros de plasticidade (Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade) e outros testes
específicos (Inderbitzen, Infiltrabilidade, Perda por Imersão, Grau de desagregação etc.). Na
realidade, não existe um único índice que mede a erodibilidade do solo de maneira simples,
padronizada e universal. O Sistema de Classificação Unificado (SUCS) sugere a seguinte
hierarquia para a medida da erodibilidade, obtida através da análise granulométrica e em medidas
de plasticidade em amostras de solos deformados.
Mais Erodível
Menos Erodível
ML>SM>SC>MH>OL>>CL>CH>GM>SW>GP>GW
Para as amostras analisadas, a hierarquia segundo a SUCS (sentido mais erodível para o
menos erodível) fica: Amostras 01 (ML) > Amostra 02 (SM). Já de acordo com a classificação
MCT, a erodibilidade em solos lateríticos é estimada como sendo de baixa a média e aumenta
consideravelmente para os horizontes saprolíticos. Segundo Nogami e Villibor (1995), solos não
lateríticos de grupo NS’ apresentam baixa coesão, sendo instáveis nos cortes com grande
inclinação e, ainda, apresentam erosão com ravinamento intenso quando seus horizontes ficam
expostos. Neste caso, como a amostra A-01 foi classificada como NS’, isto é, solos não lateríticos
siltosos, confirma-se, portanto, a hierarquia proposta pelo sistema SUCS.
Pode-se dizer que, nos horizontes saprolíticos, sua estrutura colabora para que os
mesmos sejam mais suscetíveis à erosão hídrica. Em geral, são solos muito heterogêneos e,
quando de origem residual, como é o caso da amostra A-01 analisada, mantém características
estruturais da rocha mãe (estrutura reliquiar) e verdadeiros planos de fraqueza estrutural. Os solos
desse grupo apresentam média a baixa permeabilidade e possuem elevada perda de massa por
imersão.
As amostras (A-01 e A-02) possuem elevados teores de fração areia, 78,23 % e 67,33%
respectivamente, o que parece indicar uma tendência erodível para as amostras estudadas, em
especial para a amostra A-01. Estudos realizados por diferentes autores relacionam as partículas
constituintes dos solos aos valores de erodibilidade. Poesen e Govers1 (apud GUERRA, 1998)
observaram que as areias apresentam os maiores índices de erodibilidade. Também foi
demonstrado que a maior susceptibilidade dos solos à erosão está relacionada aos elevados
teores de silte ( EVANS, 1980 e GUERRA, 1998).
Assim, sabe-se que a erodibilidade tende a aumentar quando os teores de areia muito fina
e silte são elevados, e a diminuir, com a elevação dos teores de argila e matéria orgânica. De
acordo com Wischmeier e Smith (1978), as argilas comportam-se como elemento agregante do
1
POESEN, J. e GOVERS, G. (1986) A field-scale study of surface sealing and compaction on loam and sandy
loam soils.In: Proceedings of the Symposium held in Ghent. apud GUERRA, A. J. T. (1998) Processos
Erosivos nas Encostas. In: Geomorfologia - uma atualização de bases e conceitos. Orgs. S. B. Cunha e
A.J.T. Guerra. Ed. Bertrand Brasil, 149-209.
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solo devido à alta atividade eletro-química. As frações mais grossas da areia são transportadas
com dificuldade devido ao seu peso. Por outro lado, o silte e as areias finas são as frações mais
susceptíveis aos agentes erosivos, pois não possuem nem a característica agregante da argila e
nem o peso da areia.
É notório, desta forma que descrever, caracterizar e classificar horizontes pedológicos
tropicais pertencentes às áreas mais suscetíveis aos processos geodinâmicos mostra-se
extremamente importante nos estudos que envolvem a predisposição de novas áreas à expansão
urbana. E ainda, o uso de sistemas classificatórios, baseados em uma abordagem
predominantemente experimental, mais adequada à realidade tropical e, portanto, às
peculiaridades dos solos tropicais, podem contribuir de forma acentuada para um melhor
entendimento sobre o comportamento dos solos pertencentes às áreas mais problemáticas sob o
ponto de vista geotécnico (PAIVA, 2005).
6 – CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
De acordo com as informações levantadas, podem-se destacar alguns pontos importantes
enumerados abaixo:
- Na fração areia dos solos analisados ocorrem minerais instáveis ao intemperismo tropical,
como mica e feldspatos, além de quartzo e fragmentos de rocha.
- Na fração silte da amostra A-01 destaca-se a presença acentuada de mica e ainda,
argilominerais sob a forma de “sanfona”.
- Na fração argila dos solos jovens micáceos (amostra A-01) podem ocorrer minerais
expansivos das famílias da ilita e da montmorilonita, bem como qualquer outro argilomineral,
sendo que uma caulinita de origem saprolítica pode ter comportamento diferente de uma
caulinita estabilizada pelo processo de laterização, pelo fato do Fe ainda não estar agregado
naquela.
- Segundo Nogami e Villibor (1995) solos não lateríticos de grupo NS’ (amostra A-01)
apresentam baixa coesão, sendo instáveis nos cortes com grande inclinação e, ainda,
apresentam erosão com ravinamento intenso quando seus horizontes ficam expostos.
- Já a amostra A-02, classificada como NG’- solo argiloso não laterítico (classificação MCT) e
NS’G’- solo silte argiloso não laterítico (classificação MCT-M), apresentou uma perda por
imersão consideravelmente inferior a perda por imersão apresentada pela amostra A-01, o que
pode ser justificado, entre outras características, pela presença de fração argilosa na amostra
A-02.
- Por fim, destaca-se que atualmente, torna-se inadmissível o não conhecimento do real
comportamento geomecânico dos solos tropicais, em particular, dos solos pertencentes aos
horizontes que mais recebem intervenções nas áreas suscetíveis aos processos geodinâmicos
e/ou nas áreas com potencial para expansão urbana municipal.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Ministério das Cidades pelas bolsas de pesquisa, Universidade Federal
do ABC pelo apoio logístico e à Prefeitura de São Bernardo do Campo - SP pelo apoio prestado
durante a realização dos trabalhos de campo.
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