Universidade Federal do Rio de Janeiro
ESTUDO SOBRE A INFLUÊNCIA DAS RAÍZES DO CAPIM
VETIVER NA PERMEABILIDADE DE UM SOLO TROPICAL
COMPACTADO
Vivian Souza Quito
2014
ESTUDO SOBRE A INFLUÊNCIA DAS RAÍZES DO CAPIM VETIVER NA
PERMEABILIDADE DE UM SOLO TROPICAL COMPACTADO
Vivian Souza Quito
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia
Civil
da
Escola
Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheira.
Orientadores: Leonardo De Bona Becker
Gustavo Vaz de Mello Guimarães
Rio de Janeiro
Março de 2014
ii
ESTUDO SOBRE A INFLUÊNCIA DAS RAÍZES DO CAPIM VETIVER NA
PERMEABILIDADE DE UM SOLO TROPICAL COMPACTADO
Vivian Souza Quito
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL
DO
RIO
DE
JANEIRO
COMO
PARTE
DOS
REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRA CIVIL.
Examinada por:
Prof. Leonardo De Bona Becker, D.Sc.
Eng. Gustavo Vaz de Mello Guimarães, M.Sc.
Prof. Marcos Barreto de Mendonça, D.Sc.
Prof. Manoel Isidro de Miranda Neto, M.Sc.
Prof. Cláudio Fernando Mahler, D.Sc.
Rio de Janeiro
Março de 2014
iii
Quito, Vivian Souza
Estudo sobre a influência das raízes do capim vetiver na
permeabilidade de um solo tropical compactado/ Vivian Souza
Quito. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2014.
xiv, 76 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadores: Leonardo De Bona Becker e Gustavo Vaz
de Mello Guimarães
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/
Curso de Engenharia Civil, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 60-62.
1. Permeabilidade do solo. 2. Capim Vetiver. 3.
Ensaios de laboratório. I. Becker, Leonardo de Bona et al..
II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Titulo.
iv
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho às mulheres da
minha vida, minha avó Amelia,
minha mãe Cecilia, minha irmã
Valeria e minha sobrinha Larissa.
v
AGRADECIMENTOS
A Deus, por todas as benções em minha vida, me permitindo estudar e conhecer
pessoas maravilhosas durante esta trajetória. A fé me fez chegar até o final desta
primeira etapa.
Aos meus pais, Vainer e Cecilia, pelos sacrifícios para financiar meus estudos,
pela paciência e amor. Meu diploma é para vocês e por vocês.
À minha avó Amelia, minha maior companheira, por sempre se preocupar comigo
e cozinhar o melhor feijão com arroz do mundo para mim.
À minha irmã Valeria meu exemplo de mulher e profissional, por me mostrar que
sim era possível vencer na vida.
À minha afilhada e sobrinha Larissa, alegria da minha vida.
Ao meu cunhado Anderson por incentivar a loucura de fazer Engenharia.
Ao meu tio Valmir e sua família por terem me apoiado e torcido pela minha
vitória. Tenho muito orgulho de ser sua sobrinha, pela pessoa amorosa, generosa e justa
que você é.
Aos meus professores e orientadores, Leonardo Becker e Gustavo Guimarães,
pelos ensinamentos transmitidos em suas aulas impecáveis, pela dedicação e pela
paciência. O meu projeto de graduação só acrescentou na minha formação. Obrigada
pela parceria para que esta pesquisa fosse concluída.
Ao professor Manoel Isidro pela grande gentileza de doar suas amostras e por
toda sua atenção para tirar minhas dúvidas. Esta pesquisa só foi possível por causa de
sua doação.
A todos os professores da Ênfase de Geotecnia, em especial, professores Marcos
Barreto e Fernando Danziger, que juntamente com meus orientadores, me incentivaram
a escolher esta profissão tão bonita que é a Engenharia Geotécnica.
Ao técnico do Laboratório de Geotecnia da COPPE, Edgard Luis Bispo, por toda
ajuda e pelas ideias inteligentes que facilitaram a minha pesquisa. Tenho certeza que
será um grande Engenheiro.
vi
A toda equipe da Muniz & Spada por todo aprendizado durante o período de
estágio e pelo excelente ambiente de trabalho.
Ao Laboratório de Hidráulica Computacional da COPPE, onde fiz minha
iniciação cientifica e trabalhei com amigos muito especiais.
À minha amiga Bruna Bomfim pelo companheirismo durante todo o tempo de
faculdade.
Aos meus calouros queridos, Bianca Bellas, Bruna Battemarco e Júlio Cezar, pela
amizade e carinho. A amizade de vocês é um dos presentes que a UFRJ me deu.
Aos meus amigos de turma, um grupo que se formou nas aulas de desenho e
tornou os meus dias na faculdade mais leves. Meus companheiros de aulas, Adriano
Armani, Daniel Oliveira, Diego Alves, Jonatas Filipe, Felipe Pimentel, Gustavo
Almeida, Marina Kamino e Richardson Gomes. Meus amigos mais palhaços, Hugo
Lopez e Ricardo Benzecry. Minhas amigas de estudos e trabalhos, Fernanda Gullo,
Simone Zappe e Suelen Paixão. Minha amiga Priscila Monteiro pelo incentivo para
conclusão do projeto de graduação. Meus irmãos de profissão, Francisco Alberto,
George Teles, Mariana Miranda, Natália Rodrigues e Vanessa Coutinho.
Agradeço a
todos que me ajudaram nos estudos, que me incentivaram a nunca desistir de uma
matéria ou de uma prova, por todas as caronas e pela companhia durante todos os
períodos. Vocês fazem parte da minha história, e as histórias duram para sempre.
Enfim, a todos que oraram e colaboraram para que eu concluísse a minha
graduação.
vii
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
ESTUDO SOBRE A INFLUÊNCIA DAS RAÍZES DO CAPIM VETIVER NA
PERMEABILIDADE DE UM SOLO TROPICAL COMPACTADO
Vivian Souza Quito
Março/2014
Orientadores: Leonardo de Bona Becker
Gustavo Vaz de Mello Guimarães
Curso: Engenharia Civil
Neste trabalho foram realizados ensaios de permeabilidade em amostras de solo
compactado com e sem raízes do capim vetiver. Nos ensaios foram utilizados
procedimentos e equipamentos adaptados. Também foram realizados ensaios para
caracterização do solo.
Através dos ensaios observou que os coeficientes de permeabilidade das amostras
com vetiver foram cerca 12 vezes maiores que os coeficientes de permeabilidade das
amostras sem o vetiver, porém não se pode afirmar com certeza que as raízes aumentam
a permeabilidade do solo, pois as amostras apresentavam diferentes condições de
compactação. Outro indicio que as raízes aumentam a permeabilidade do solo é que as
amostras com maior concentração de raízes apresentaram maiores valores de k.
Palavras-chave: Ensaios de permeabilidade, capim vetiver e ensaios de laboratório.
viii
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Engineer.
STUDY ON THE INFLUENCE OF VETIVER GRASS ROOTS IN THE
PERMEABILITY OF COMPACTED TROPICAL SOIL
Vivian Souza Quito
Março/2014
Advisor: Leonardo de Bona Becker
Gustavo Vaz de Mello Guimarães
Course: Civil Engineering
This work presents permeability tests performed on compacted soil samples with
and without Vetiver grass roots. Adapted procedures and equipment were used in tests.
Soil characterization was also carried out.
Through the tests noted that the coefficients of permeability of samples with
vetiver were about 12 times larger than the coefficient of permeability of samples
without vetiver, but cannot say that the roots increase soil permeability, because the
samples had different compaction conditions. Another clue that the roots increase soil
permeability is that the samples with higher concentration of roots showed higher
values of k.
Keywords: Permeability test, vetiver grass, laboratory tests.
ix
Sumário
1.
2.
Introdução....................................................................................................... 1
1.1.
Objetivo .................................................................................................. 1
1.2.
Metodologia ............................................................................................ 1
1.3.
Organização ............................................................................................ 2
Revisão bibliográfica...................................................................................... 3
2.1.
Generalidades .......................................................................................... 3
2.2.
Compactação de solos ............................................................................. 4
2.3.
Fluxos nos solos ...................................................................................... 5
2.3.1. Conservação de energia .......................................................................... 5
2.3.2. Regime de Escoamento dos Solos .......................................................... 6
2.3.3. Lei de Darcy ........................................................................................... 7
2.4.
Determinação da permeabilidade nos solos ............................................ 8
2.4.1. Generalidades ......................................................................................... 8
2.4.2. Ensaio de Permeabilidade com Carga Constante ................................... 9
2.4.3. Ensaio de Permeabilidade com Carga Variável ................................... 10
2.4.4. Fatores que Influenciam o Coeficiente de Permeabilidade do Solo ..... 12
2.5.
Capim Vetiver ....................................................................................... 15
2.6.
O Sistema Vetiver e suas aplicações ..................................................... 16
2.6.1. Generalidades ....................................................................................... 16
2.6.2. O Sistema Vetiver................................................................................. 17
2.6.3. Aplicação do Sistema Vetiver na estabilidade de taludes .................... 19
3.
O SOLO E O CAPIM VETIVER DA PESQUISA ..................................... 21
3.1.
Generalidades ........................................................................................ 21
3.2.
Jazida de solo ........................................................................................ 21
3.3.
Caracterização em laboratório na campanha Miranda Neto, 2013 ....... 24
3.4.
Amostras da pesquisa ............................................................................ 25
3.4.1. Amostras de solo deformado (sem plantio de vetiver) ......................... 25
x
3.4.2. Amostras com plantio de capim vetiver ............................................... 26
4.
OS ENSAIOS REALIZADOS ..................................................................... 31
4.1.
Generalidades ........................................................................................ 31
4.2.
Ensaios de compactação adaptados ...................................................... 31
4.3.
Ensaios de permeabilidade de carga variável adaptado ........................ 35
4.3.1. Permeâmetro adaptado ......................................................................... 35
4.3.2. Amostras de solo sem vetiver ............................................................... 39
4.3.3. Amostras de solo com vetiver .............................................................. 40
4.3.4. Saturação da amostra e o ensaio de carga variável adaptado ............... 42
4.3.5. Ensaios piloto ....................................................................................... 49
5.
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................. 53
5.1.
Compactação adaptado ......................................................................... 53
5.2.
Ensaio de permeabilidade a carga variável adaptado ........................... 54
5.2.1. Ensaio em amostras sem vetiver ........................................................... 54
5.2.2. Ensaio em amostras com vetiver .......................................................... 55
5.2.1. Análise dos ensaios de permeabilidade ................................................ 57
6.
CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................... 58
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 60
ANEXO ................................................................................................................. 63
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 –(a) Curva de compactação típica, (b) Curva de compactação de diversos solos brasileiros
(SOUSA PINTO, 2006). __________________________________________________________________ 4
Figura 2.2 – Curva de compactação com e sem reuso de amostras sob o cerrado nativo 1ª, pastagem 2B
e monocultivo de soja 3A (RAMOS et al., 2012). _____________________________________________ 5
Figura 2.3 – Esquema representativo do experimento de Henry Darcy (LAMBE e WHITMAN, 1969). ____ 7
Figura 2.4 – Tabela com valores típicos do coeficiente de permeabilidade. (SOUSA PINTO, 2006) ______ 8
Figura 2.5 – Esquema de permeâmetro de carga constante (SOUSA PINTO, 2006). _________________ 9
Figura 2.6 – Esquema de permeâmetro de carga variável (SOUSA PINTO, 2006). __________________ 11
Figura 2.7 – Relações entre o índice de vazios e a permeabilidade das areias (TAYLOR, 1948). _______ 13
Figura 2.8 – Relações entre a umidade de compactação, a massa específica seca e coeficiente de
permeabilidade para amostras compactadas com baixa, média e alta energia de compactação
(MITCHELL et al. ,1965, apud BLIGHT, 2013). _______________________________________________ 14
Figura 2.9 – Barreira de vetiver em talude (PEREIRA, 2006). ___________________________________ 15
Figura 2.10 – Raízes de vetiver (TRUONG et al., 2008). _______________________________________ 16
Figura 2.11 – Efeito do Sistema Vetiver na estabilidade do talude (MADRUGA et al., 2007). _________ 19
Figura 2.12 – Envoltórias de ruptura dos ensaios de cisalhamento direto. (BARBOSA, 2012) _________ 20
Figura 3.1 - Imagem de satélite do Google Earth da localização de coleta do solo (MIRANDA NETO,
2013). ______________________________________________________________________________ 22
Figura 3.2 - Carta geológica da região (SITE DA CPRM, 02/02/ 2014). ___________________________ 22
Figura 3.3 – Foto do local de coleta (MIRANDA NETO, 2013). __________________________________ 23
Figura 3.4 – Detalhe da voçoroca (MIRANDA NETO, 2013). ___________________________________ 23
Figura 3.5 – Curva granulométrica do solo (MIRANDA NETO, 2013). ____________________________ 24
Figura 3.6 – Fração grosseira do solo (MIRANDA NETO, 2013). ________________________________ 24
Figura 3.7 – Fração areia do solo (MIRANDA NETO, 2013). ____________________________________ 25
Figura 3.8 – Solo utilizado na pesquisa após secagem ao ar. __________________________________ 25
Figura 3.9 – Foto dos tubos de PVC com capim vetiver (MIRANDA NETO, 2013). ___________________ 27
Figura 3.10 – Foto da parte inferior do molde de PVC cortado na parte inferior (MIRANDA NETO, 2013).
___________________________________________________________________________________ 27
Figura 3.11 – Tubo de PVC com vetiver cortado. (MIRANDA NETO, 2013) ________________________ 28
Figura 3.12 – Base do molde com vetiver 6 na região do dreno de areia. _________________________ 28
Figura 3.13 – Topo do molde com vetiver. _________________________________________________ 29
Figura 3.14 – Raízes após início do processo de lavagem (MIRANDA NETO, 2013). _________________ 29
Figura 3.15 – Raízes após finalização do processo de lavagem (MIRANDA NETO, 2013). ____________ 29
Figura 4.1 – Foto do molde para o ensaio de compactação. ___________________________________ 31
Figura 4.2 – Detalhe da bancada forrada com jornal. ________________________________________ 32
Figura 4.3 – Preenchimento do molde com solo. ____________________________________________ 32
xii
Figura 4.4 – Procedimentos para obtenção de amostras homogêneas. __________________________ 33
Figura 4.5 – Solo no processo de umedecimento. ____________________________________________ 33
Figura 4.6 – Compactação de uma camada de solo. _________________________________________ 33
Figura 4.7 – Etapas após a compactação da amostra. ________________________________________ 34
Figura 4.8 – Detalhe do solo mal compactado nas bordas. ____________________________________ 34
Figura 4.9 – Solo com compactação homogênea. ___________________________________________ 35
Figura 4.10 – Peças utilizadas para construção do permeâmetro. ______________________________ 36
Figura 4.11 – Permeâmetro desenvolvido para o trabalho ____________________________________ 37
Figura 4.12 – Permeâmetro desenvolvido para amostras com vetiver.___________________________ 38
Figura 4.13 – Permeâmetro preso à panela.________________________________________________ 38
Figura 4.14 – Luva com disco de aço e geotêxtil. ____________________________________________ 39
Figura 4.15 – Corpo de prova com a extremidade aberta e fechada. ____________________________ 40
Figura 4.16 – Região do dreno de areia descartada. _________________________________________ 40
Figura 4.17 – Região descartada de transição entre o capim e as raízes. _________________________ 41
Figura 4.18 – Tubo de PVC com capim vetiver. ______________________________________________ 41
Figura 4.19 – Tubo de PVC com capim vetiver. ______________________________________________ 42
Figura 4.20 – Detalhes da amostra com vetiver. ____________________________________________ 42
Figura 4.21 – Reservatório para saturação. ________________________________________________ 43
Figura 4.22 – Câmara utilizada como reservatório para saturação. _____________________________ 43
Figura 4.23 – Permeâmetro utilizado como reservatório para saturação. ________________________ 44
Figura 4.24 – Mangueiras do permeâmetro ligadas na panela coletora. _________________________ 45
Figura 4.25 – Bolha de ar aprisionada na mangueira. ________________________________________ 45
Figura 4.26 – Mangueira conectada ao registro do permeâmetro adaptado. _____________________ 46
Figura 4.27 – Bureta de leitura do ensaio de carga variável. ___________________________________ 47
Figura 4.28 –Processo para determinação da temperatura do ensaio. ___________________________ 47
Figura 4.29 – Bureta de leitura do ensaio de carga variável. ___________________________________ 48
Figura 4.30 - Equipamento para o ensaio de permeabilidade. _________________________________ 48
Figura 4.31 – Amostra 1 com ausência de vetiver. ___________________________________________ 49
Figura 4.32 – Amostra vetiver 6 rasa. _____________________________________________________ 49
Figura 4.33 – Equipamento para os testes piloto. ___________________________________________ 50
Figura 4.34 – Equipamento para os testes piloto. ___________________________________________ 50
Figura 4.35 – Ilustração do procedimento de ensaio. _________________________________________ 51
Figura 4.36 – Ilustração do procedimento de ensaio. _________________________________________ 51
Figura 4.37 – Raízes do vetiver 6. ________________________________________________________ 52
Figura 5.1 – Gráfico coeficiente de permeabilidade x volume percolado das amostras sem vetiver. ___ 54
Figura 5.2 – Gráfico coeficiente de permeabilidade x volume percolado da amostra vetiver 1. _______ 56
Figura 5.3 – Gráfico coeficiente de permeabilidade x volume percolado da amostra vetiver 6. _______ 56
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Aumento da resistência ao cisalhamento do solo devido às raízes do vetiver
(HENGCHAOVANICH e NILAWEERA, 1996, apud BARBOSA, 2012). ........................................................... 20
Tabela 2- Umidade higroscópica do solo empregado na pesquisa. ........................................................... 26
Tabela 3- Índice de vazios dos solos nos moldes de PVC. (MIRANDA NETO, 2013) .................................... 27
Tabela 4- Dados do molde 1 e 6 (MIRANDA NETO, 2013). ......................................................................... 30
Tabela 5- Peças utilizadas para construção dos permeâmetros. ............................................................... 36
Tabela 6- Índice de vazios para cada ensaio. ............................................................................................. 53
Tabela 7- Dados das amostras sem vetiver. ............................................................................................... 53
Tabela 8- Dados das amostras sem vetiver. ............................................................................................... 54
Tabela 9 - Dados das amostras vetiver 1. ................................................................................................... 55
Tabela 10 - Dados das amostras vetiver 6. ................................................................................................. 55
xiv
1.Introdução
A gramínea Vetiveria zizanioides, conhecida popularmente como capim vetiver, é
uma planta de origem indiana utilizada em vários países para o controle de erosões,
conservação de solos e água em regiões degradadas. O capim vetiver foi promovido
pelo Banco Mundial na década de 1980 e atualmente seu uso é recomendado por
organizações ambientalistas mundiais, como a Rede Vetiver Internacional (TNVI), por
apresentar características morfológicas e ecológicas especiais. (TRUONG et al. , 2008)
As técnicas de bioengenharia de solos utilizam a vegetação como ferramenta de
melhoria da resistência do solo contra movimentos de massa e erosão. O capim vetiver é
utilizado internacionalmente em obras para estabilizar taludes, pois colabora com a
resistência do solo devido ao seu sistema radicular e tem baixo custo.
Pereira (2006) apresenta os principais usos do capim vetiver e as técnicas
utilizadas na estabilização de taludes, controle de erosões e áreas degradadas. Alguns
trabalhos encontrados, Truong et al. (2008) e Madruga et al. (2007), sobre a aplicação
do capim vetiver na estabilidade de taludes apresentam uma abordagem qualitativa. Em
vista disto, estudos vêm sendo realizados com o objetivo de quantificar melhor a
resistência do solo com o capim.
Os estudos que analisam a capacidade de infiltração do solo com capim vetiver e
suas possíveis consequências geotécnicas ainda são escassos, em razão das pesquisas
geotécnicas terem o enfoque na resistência ao cisalhamento do solo com o capim
vetiver.
1.1. Objetivo
O presente trabalho tem o objetivo de estudar a influência das raízes do capim
vetiver na permeabilidade de um solo coletado de um depósito colúvio-aluvionar
localizado na Serra do Mato Grosso no município de Saquarema-RJ.
1.2. Metodologia
A metodologia empregada para a produção deste trabalho foi a realização de
ensaios de laboratório. Foram realizados ensaios de compactação adaptados em relação
1
ao ensaio Proctor e ensaios de permeabilidade de carga variável. Os ensaios foram
realizados em amostras moldadas com e sem capim vetiver.
1.3. Organização
O capítulo 2 do presente trabalho consiste em uma revisão bibliográfica incluindo
generalidades, compactação dos solos, fluxo em solos, determinação da permeabilidade
do solo e introdução ao capim vetiver.
No capítulo 3, são descritas as características do solo e dos moldes com capim
vetiver utilizados na pesquisa.
No capítulo 4, são relatados todos os procedimentos de ensaios realizados no
Laboratório de Mecânica dos Solos Fernando Emmanuel Barata, da Escola Politécnica
da UFRJ. Também são comentadas as dificuldades encontradas para execução dos
ensaios.
No capitulo 5, são apresentados e analisados os resultados obtidos em cada ensaio
efetuado.
O capítulo 6 apresenta as considerações finais e sugestões para as futuras
pesquisas.
2
2.Revisão bibliográfica
2.1. Generalidades
Na engenharia geotécnica, ter o entendimento físico da presença de água no solo é
de extrema importância, pois ela altera o estado de tensões efetivas de um maciço ao se
mover em seu interior. Nas regiões não saturadas, mudanças dos valores de umidade do
solo afetam de forma significativa os valores de resistência ao cisalhamento. Em
algumas situações, o controle do movimento da água através do solo garante a proteção
contra efeitos nocivos, como os deslizamentos de encostas que provocam enormes
prejuízos econômicos e até perdas de vidas humanas.
O solo é um material trifásico, composto basicamente de partículas sólidas, água e
ar. A água livre e o ar ocupam os vazios deixados pelas partículas sólidas, podendo o ar
estar em contato com a atmosfera ou se apresentar na forma oclusa (bolhas de ar
envolvidas de água). A parte fluida do solo (ar e água livre) pode se apresentar em
repouso ou pode-se movimentar pelos seus vazios mediante a existência de diferenças
de carga hidráulica.
O comportamento do solo depende também da quantidade relativa de cada uma
das três fases (sólidos, água e ar). Para identificar o estado do solo, empregam-se
índices físicos que correlacionam os pesos e os volumes das três fases. Somente três
índices físicos são determinados em laboratório, a umidade, o peso específico dos grãos
e o peso específico natural. Os demais índices resultam de definições ou deduções.
Os solos tropicais são largamente encontrados no território brasileiro, devido às
condições climáticas favoráveis à sua formação (clima quente com alto índice de
pluviosidade). Na primeira Conferência Internacional sobre Solos Tropicais, realizada
em 1985, em Brasília, foi proposto dividir os solos tropicais em dois tipos: lateríticos e
saprolíticos. Os solos lateríticos encontram-se nas camadas mais superficiais,
geralmente, nos horizontes pedológicos A e B. Sua fração de argila é constituída, na
maioria das vezes, por óxido de ferro, alumínio hidratado e pelo mineral argilíco
caulinita. Os solos saprolíticos encontram-se nas camadas mais profundas e exibem
características da rocha (FONSECA, 2006).
3
2.2. Compactação de solos
Na compactação dos solos, as quantidades de partículas e de água permanecem
constantes, o aumento da massa aparente específica corresponde à eliminação de ar dos
vazios. Para certa energia aplicada, há um teor de umidade denominado umidade ótima,
que conduz a uma massa específica aparente seca máxima, ou uma densidade específica
seca máxima (SOUSA PINTO, 2006).
O ensaio de compactação empregado mundialmente é o ensaio Proctor, que no Brasil é
padronizado pela ABNT (NBR 7182/86). Com os dados obtidos no ensaio Proctor,
desenha-se a curva de compactação, que consiste na representação da densidade seca
em função da umidade, conforme apresentado na figura 2.1 (a). A curva define uma
densidade máxima (
), à qual corresponde uma umidade ótima (
). A figura 2.1
(b) mostra a grande dispersão dos resultados de diversos ensaios de compactação em
solos brasileiros.
(a)
(b)
Figura 2.1 –(a) Curva de compactação típica, (b) Curva de compactação de
diversos solos brasileiros (SOUSA PINTO, 2006).
Ramos et al., 2012, realizaram
ensaios de compactação Proctor Normal em
amostras com reúso (amostra com solo reutilizado) e sem reúso ( amostras virgens para
cada ponto) de um Latossolo Vermelho-Amarelo com o objetivo de avaliar a
configuração da curva de compactação para os diferentes sistemas de manejo.
Verificou-se que o procedimento com reúso de amostras caracteriza curvas distintas
4
para o mesmo solo. Independentemente das camadas e dos manejos avaliados, foram
observados deslocamento ascendente das curvas e aumento de densidade máxima de
compactação. No entanto, por se tratar do mesmo solo praticamente não houve alteração
da umidade ótima (
) de compactação. A figura 2.2 a seguir ilustra as curvas de
compactação com e sem reúso e solo para amostras nativo, pastagem e monocultivo de
soja, respectivamente.
Figura 2.2 – Curva de compactação com e sem reuso de amostras sob o cerrado nativo
1ª, pastagem 2B e monocultivo de soja 3A (RAMOS et al., 2012).
2.3. Fluxos nos solos
Os conceitos de conservação de energia, Lei de Darcy e conservação de massa
serão expostos nos itens a seguir.
2.3.1. Conservação de energia
Para que haja fluxo deve existir uma diferença de carga total, nesse contexto, o
principio da conservação de energia de Bernoulli é empregado. A energia total ou carga
total é a soma de três parcelas:
CARGA TOTAL = CARGA ALTIMETRICA+CARGA PIEZOMETRICA+CARGA CINÉTICA
(1)
Onde,
é energia total de fluido;
é a cota do ponto considerado com relação a um dado referencial padrão;
5
é o valor da poro-pressão;
é a velocidade de fluxo da partícula de água;
é o valor da aceleração da gravidade terrestre, geralmente admitindo como
sendo igual a 10 m/s².
Esta representação do teorema de Bernoulli para energia específica do fluido é em
termos de cotas equivalentes, que é preferível para estudos envolvendo fluxo de água
nos solos. Em quase todos os casos de fluxos em solo, a parcela da energia total da água
no solo referente à energia cinética, termo (v²/2g), pode ser desprezada devido a baixa
velocidade de escoamento do fluido através do solo. Portanto a equação pode ser escrita
de forma mais simplificada:
(2)
Para que haja fluxo de água entre dois pontos no solo, é necessário que a energia
total em cada ponto seja diferente. A água então fluirá sempre do ponto de maior
energia para o ponto de menor energia total. A energia livre da água em um
determinado ponto do solo é definida como a energia capaz de realizar trabalho, ou seja,
energia capaz de realizar o fluxo de água. Considerando a condição necessária para que
haja fluxo no solo, a energia livre pode ser representada pela diferença entre os valores
de energia total entre dois pontos na massa de solo.
2.3.2. Regime de Escoamento dos Solos
O fluxo de água pode ser dividido em duas categorias: fluxo laminar e fluxo
turbulento. No regime de fluxo laminar, as partículas do fluido se movimentam em
trajetórias paralelas, uma não interferindo no movimento da outra. Já no regime
turbulento, as trajetórias de fluxo são irregulares, cruzando-se umas com as outras de
forma aleatória.
Em 1883, Osborne Reynolds, através de seu experimento para condutos fechados,
determinou o limite inferior de velocidade na qual o fluxo muda as suas características
de laminar para turbulento. Este limite é denominado de velocidade crítica. A categoria
6
de fluxo laminar corresponde aos fluxos com velocidades abaixo da velocidade crítica,
caso contrário, são tratados como fluxo turbulento.
Quando o fluxo de água no solo é laminar, a resistência ao fluxo é devida
principalmente à viscosidade da água e as condições de contorno do problema possuem
pouca importância. Os tamanhos de vazios geralmente encontrados nos solos quase
sempre propiciam fluxos laminares através dos mesmos. Somente em solos mais
grosseiros, como pedregulhos, pode ocorrer escoamento turbulento.
2.3.3. Lei de Darcy
Em 1856, o engenheiro Henry Darcy realizou um experimento com o objetivo de
estudar o fluxo de água através de uma camada de filtro de areia. Este experimento deu
origem a uma lei que correlaciona à taxa de perda de energia da água (gradiente
hidráulico) no solo com a sua velocidade de escoamento, conhecida como Lei de Darcy.
A figura 2.3 ilustra o experimento desenvolvido por Darcy.
Figura 2.3 – Esquema representativo do experimento de Henry Darcy (LAMBE e
WHITMAN, 1969).
Darcy verificou como os diversos fatores geométricos, como comprimento da
amostra (L) e a diferença de carga total (∆h=h3-h4), influenciava a vazão de água e
descobriu a proporcionalidade da vazão q em relação ao gradiente hidráulico i, que é
expresso pelo razão ∆h/L. A seguir a equação (3), conhecida como Equação de Darcy.
(3)
7
Na equação (3), k é denominado de coeficiente de permeabilidade, constante de
proporcionalidade que indica a facilidade que a água tem de fluir através dos vazios do
solo. Quanto mais permeável, maior será o valor de k. O coeficiente de permeabilidade
também pode ser definido como a velocidade de percolação da água no solo para um
gradiente hidráulico unitário. (A) corresponde à área da amostra de solo perpendicular à
direção do fluxo.
A Lei de Darcy só é válida para escoamentos laminares, como é considerado o
escoamento da maioria dos solos. Na lei de Darcy, a velocidade considerada é chamada
de velocidade de percolação que corresponde à vazão q dividida pela área transversal. A
equação (4) caracteriza o valor da velocidade de fluxo da água no solo.
(4)
2.4. Determinação da permeabilidade nos solos
2.4.1. Generalidades
O coeficiente de permeabilidade é influenciado por diversos fatores e sua faixa de
valores pode variar significativamente de acordo com estes fatores. É apresentada na
figura 2.4 os valores típicos do coeficiente de permeabilidade de acordo com tipo de
solo, que pode chegar a variar alguns bilhões de vezes. O coeficiente de permeabilidade
é o parâmetro dos solos com a maior faixa de variação na geotecnia.
Figura 2.4 – Valores típicos do coeficiente de permeabilidade. (SOUSA PINTO, 2006)
A determinação do coeficiente de permeabilidade k pode ser realizada através de
ensaios de laboratório, ensaios de campo ou por métodos indiretos, utilizando
correlações empíricas.
8
Os ensaios de laboratórios são realizados em células chamadas de permeâmetros,
no qual é inserido o corpo de prova de solo que será testado. Os permeâmetros podem
ser de duas categorias, de parede flexível e de parede rígida. Em relação ao método de
execução, os ensaios podem ser denominados ensaios de carga constante, ensaios de
carga variável ou ensaios de vazão constante.
Os ensaios “in situ” da permeabilidade envolvem grandes volumes de solo
fornecendo valores médios de k que levam em consideração a anisotropia do local. Os
ensaios de bombeamento, os ensaios de permeabilidade de carga variável ou constante
efetuados em tubos de revestimento ou piezômetros são exemplos dos ensaios
realizados em campo.
2.4.2. Ensaio de Permeabilidade com Carga Constante
O ensaio de permeabilidade através do método com carga constante é restrito a
solos granulares. Este método é pouco preciso para solos finos, pouco permeáveis, pois
apresenta vazão muito pequena sendo necessário um intervalo de tempo maior para
medição de volume, o que acarretaria a evaporação do fluido.
A norma que prescreve o ensaio de carga constante é a NBR 13292/1995.
Segundo a norma, a aplicação deste método é restrita a solos granulares contendo no
máximo 10% em massa de material que passa na peneira de 0,075 mm (#200).
O ensaio de carga constante recebe este nome, pois durante todo o ensaio o nível
de água permanece constante. O permeâmetro de carga constante é uma adaptação do
experimento de Darcy, como apresentado na figura 2.5.
Figura 2.5 – Esquema de permeâmetro de carga constante (SOUSA PINTO, 2006).
9
Durante o ensaio, a carga h é mantida constante e durante certo tempo a água
percolada é recolhida para determinação do volume. Obtendo as vazões e conhecendo
as características geométricas da amostra, o coeficiente de permeabilidade é
determinado através da equação (6).
⁄
⁄
(5)
⁄
(6)
Onde,
V é o volume de água medido;
t é o tempo de medição;
∆h é a variação de carga hidráulica;
A é a área da amostra;
L é o comprimento da amostra.
2.4.3. Ensaio de Permeabilidade com Carga Variável
O ensaio de carga variável é empregado em solos que apresentam permeabilidade
intermediarias a baixas, como solos com silte e argila. A norma que orienta este ensaio é
a NBR 14545 / 2000. Segunda a norma, o método da carga variável deve ser utilizado
para solos cujos coeficientes de permeabilidade sejam menores do que
(
cm/s).
Neste ensaio, o corpo de prova é submetido a um nível d’água variável.
O esquema representativo é mostrado na figura 2.6.
10
m/s
Figura 2.6 – Esquema de permeâmetro de carga variável (SOUSA PINTO, 2006).
Verifica-se o tempo que a água na bureta superior leva para baixar da altura inicial
hi à altura final hf. Num instante t qualquer, partir do inicio, a carga é h e o gradiente
h/L. A vazão da água que passa pelo solo é igual à vazão da água que passa pela bureta,
e pode ser expressa pela equação (8) a seguir : (SOUSA PINTO, 2006).
⁄
(7)
⁄
(8)
Onde,
a é a área da bureta;
a .dh é o volume que escoou no tempo dt.
O sinal negativo é devido ao fato d h diminuir com o tempo. Igualando as duas
expressões de vazão, tem-se:
⁄
⁄
⁄
(9)
⁄
(10)
Que integrada para condição inicial (h=hi e t=0) à condição final (h=hf e t=tf), conduz a:
⁄
(11)
11
A fórmula utilizada para o ensaio de carga variável é expressa pela equação (12):
(12)
2.4.4. Fatores que Influenciam o Coeficiente de Permeabilidade do
Solo
Fatores que a influenciam são: estado do solo, grau de saturação, estrutura e
anisotropia, índice de vazios, umidade de compactação etc.
Em 1948, Taylor através de experimentos utilizando os conceitos da Lei de Darcy
determinou a equação abaixo para o coeficiente de permeabilidade. Esta equação
permite estudar a influencia de certos aspectos do solo e do líquido que passa pelo solo.
(13)
Onde,
D é o diâmetro de uma esfera equivalente ao tamanho dos grãos do solo;
é o peso específico do líquido;
µ é a viscosidade do líquido;
C é um coeficiente de forma.

Estado do solo
O índice de vazios representa o estado em que a areia se encontra, porém este
dado isolado não é o bastante para determinar o seu comportamento. Quanto mais fofo o
solo, maior será o seu coeficiente de permeabilidade. Através da equação (13),
conhecendo o k para um determinado índice de vazios de um solo, pode-se encontrar a
permeabilidade para outro. A equação (14) é indicada para areias. Para solos argilosos, a
correlação adequada se obtém entre o índice de vazios e o logaritmo do coeficiente de
permeabilidade.
12
(14)
Os resultados de uma série de experimentos executados em uma areia típica com
diferentes índices de vazios são apresentados na figura 2.7. As curvas indicam a
variação da permeabilidade de acordo com índice de vazios, porém a mais indicada para
solos arenosos é a correspondente a equação (14).
Figura 2.7 – Relações entre o índice de vazios e a permeabilidade das areias (TAYLOR,
1948).

Grau de saturação
O coeficiente de permeabilidade de um solo não saturado é menor do que de um
solo totalmente saturado, pois as bolhas de ar, contidas pela tensão superficial da água,
constituem obstáculos ao fluxo de água.

Estrutura e anisotropia
A permeabilidade é dependente também da disposição relativa dos grãos. Em
solos residuais, a permeabilidade é maior devido aos macroporos da estrutura. Para
solos compactados, a permeabilidade é maior quando o solo é compactado no ramo seco
da curva de compactação, pois a disposição das partículas (estrutura floculada) propicia
maior passagem de água do que quando compactado no ramo úmido (estrutura
dispersa).
13
De maneira geral, o solo não é isotrópico em relação à permeabilidade, Os solos
sedimentares costumam apresentar maiores coeficientes na direção horizontal do que
vertical. Isto decorre do fato de as partículas tenderem a ficar com suas maiores
dimensões orientadas na direção horizontal, e, principalmente, porque diversas camadas
decorrentes da sedimentação apresentam permeabilidades diferentes (SOUSA PINTO,
2006).
O estudo realizado por Mitchell et al. (1965) mostra a variação da permeabilidade
de duas amostras da mesma argila compactadas com diferentes energias e umidades de
compactação. O coeficiente de permeabilidade pode diferir em duas ou três ordens de
grandeza dependendo das condições que o solo foi compactado.
A figura 2.8 apresenta a curva de compactação e a relação com a permeabilidade.
Figura 2.8 – Relações entre a umidade de compactação, a massa específica seca e
coeficiente de permeabilidade para amostras compactadas com baixa, média e alta
energia de compactação (MITCHELL et al. ,1965, apud BLIGHT, 2013).

Temperatura
De acordo com a equação de Taylor, o coeficiente de permeabilidade é função do
peso especifico e da viscosidade do líquido. Estas duas propriedades apresentam
variações com a temperatura, sendo a viscosidade que varia mais, e seu efeito é
sensível. Com objetivo de padronizar os resultados, convencionou-se adotar sempre o
coeficiente para à água com a temperatura de 20º Celsius. Por isto, durante o ensaio é
necessário realizar o registros da temperatura e achar o k equivalente para a temperatura
de 20º Celsius. Segue a equação (15) para cálculo de equivalência.
(15)
14
Onde,
é a viscosidade da água na temperatura de 20 ºC;
µ é a viscosidade da água na temperatura em que o ensaio foi realizado;
k é o coeficiente de permeabilidade medido no ensaio.
2.5. Capim Vetiver
O capim vetiver (Vetiveria zizanioides) é uma gramínea originada no sul da Índia,
utilizada para diversos fins há mais de três mil anos em grande parte da Ásia. Em
meados 1980, o Banco Mundial incentivou o uso da gramínea para o controle de
erosões e conservação de solos. O vetiver é uma planta herbácea, ereta, desenvolvendose melhor em exposição solar. Pode alcançar alturas que variam de 1,5 a 2 m, com
folhas de até 2 cm de largura na base. A terminação das folhas quase sempre é
pontiaguda (PEREIRA, 2006).
A figura 2.9 a seguir ilustra uma plantação de vetiver.
Figura 2.9 – Barreira de vetiver em talude (PEREIRA, 2006).
Diversos estudos demonstram que vetiver é uma planta com alta adaptação às
diversas condições ambientais. O capim vetiver sobrevive a solos áridos ou com alta
umidade, pode vegetar solos extremamente ácidos ou básicos (3,5 até 9,6), solos
moderadamente salinos até os muito salinos se desenvolvem tanto em solos arenosos
como argilo-arenosos, e é tolerante a metais pesados, como o cádmio, mercúrio, níquel,
cobre, zinco, arsênico, cromo e selênio (PEREIRA, 2006).
15
As raízes do vetiver formam uma densa rede que, normalmente, alcançam 3 m de
profundidade, e em alguns casos tem-se observado raízes de até 5 m de comprimento.
(PEREIRA, 2006). A figura 2.10 a seguir ilustra o comprimento das raízes do vetiver.
Figura 2.10 – Raízes de vetiver (TRUONG et al., 2008).
2.6. O Sistema Vetiver e suas aplicações
2.6.1. Generalidades
A bioengenharia de solos é a integração dos conhecimentos de engenharia civil,
agronômica e a biologia de modo a ser completa a ação de estabilizar as camadas
superficiais dos solos sujeitas às ações erosivas das águas. Ela conjuga elementos
inertes com vivos para proteger e / ou estabilizar solos superficialmente. Poder-se-ia
dizer que é uma ciência multidisciplinar, pois deve considerar o meio físico (pedologia,
geotecnia, hidráulica e hidrogeologia) e biótico (biologia e ecologia) (LOZANO, 2014).
A erosão é um processo de remoção física do solo que se inicia pela desagregação
das partículas pela ação de diversos agentes, como por exemplo, as águas da chuva.
Após a remoção, estes grãos são transportados para pontos mais baixos podendo
ocasionar assoreamento dos rios. A técnica de bioengenharia tem o objetivo de evitar os
processos erosivos, como desagregação, transporte e assoreamento.
No caso de deslizamentos de terra, as técnicas de bioengenharia funcionam como
reforço do solo através das raízes das plantas. Diversos estudos apontam que as raízes
de determinadas plantas podem aumentar a coesão do solo.
16
A vegetação causa efeitos benéficos no equilíbrio hídrico dos solos, intercepta a
ação desagregadora da gota de água de chuva nos solos, reduz e retarda o escoamento
superficial. A utilização das espécies vegetais deve ser criteriosa evitando-se espécies
hostis, disseminação de pragas e efeitos nocivos à estabilidade dos solos (LOZANO,
2014).
Deve-se ressaltar que a vegetação também pode causar efeitos deletérios, como:
sobrecargas em taludes, efeito de vento em árvores em taludes, sombreamento e
eliminação de vegetação rasteira (desnuda os solos), penetração radicular inadequada e
ou aumento da infiltração nos solos, erosão pontual ao redor de caule de árvores
(LOZANO, 2014).
2.6.2. O Sistema Vetiver
O Sistema Vetiver, baseado na aplicação do capim vetiver, foi desenvolvido pelo
Banco Mundial para a conservação do solo e da água em meados de 1980. A aplicação
principal do sistema compreende a gestão de terras agrícolas, mas diversas pesquisas
realizadas nos últimos anos demonstraram as características especiais do capim vetiver
para ser utilizado como técnica de bioengenharia. Alguns exemplos de aplicação do
sistema são estabilização de ravinas erodidas e em encostas, saneamento de águas
residuais, fito-remediação de solos e águas contaminadas, e outros fins de proteção
meio-ambiental (TRUONG et al., 2008).
O sistema vetiver consiste em plantar o capim vetiver em fileiras simples que
formarão uma cobertura (barreira) eficaz em retardar e espalhar o escoamento da água,
reduzindo a erosão do solo, conservando a umidade e retendo os sedimentos (resíduos)
além de produtos agrícolas químicos no local. O capim vetiver é uma planta que
adequada ao sistema em barreiras devido às suas características morfológicas e
fisiológicas únicas, além da sua rede de raízes profundas. A seguir as vantagens de se
utilizar o vetiver: (PEREIRA, 2006)
17
• A utilização do capim vetiver é ideal no ponto de vista ecológico e ambiental,
pois não é uma planta invasora, não se reproduzem por sementes, estolões ou
rizomas, mas somente por mudas (MADRUGA et al., 2007).
• O vetiver apresenta biotactismo positivo, ou seja, uma planta cresce e se
desenvolve em direção a outra, acelerando a formação, o desenvolvimento e a
densidade da barreira vegetal.
• A barreira viva de vetiver é de baixo custo, de rápida e fácil implantação, de
baixa manutenção e de grande eficiência. Além disso, o vetiver não é planta
hospedeira de pragas e doenças.
• A barreira viva de vetiver forma uma cerca viva muito densa e com grande
capacidade de retenção de lamina d’água em suas folhas de até 2 m de altura.
• A barreira de vetiver emite grande volume de raízes quando sua base é
recoberta por sedimentos, portanto, quanto maior for a capa de sedimentos
retidos, maior será a densidade de raízes, tornando o sistema mais eficiente.
• As raízes da barreira de vetiver se adaptam a todos os tipos de terrenos,
penetrando em coberturas rochosas e apresentando grande resistência. Podem
penetrar no solo com grande profundidade, formando uma malha de solo
estruturado natural com alta resistência.
• As barreiras de vetiver são permeáveis, o que reduz a velocidade do
escoamento, filtra e regula a passagem da água, evitando o carreamento de
sedimentos.
As barreiras de vetiver devem ser construídas em nível e transversalmente à
declividade de taludes e encostas. A distância entre as barreiras sucessivas de vetiver
depende da coesão do solo, da declividade e da segurança requerida. Em geral, as
barreiras de vetiver devem ser distanciadas de 1 m de desnível. Para obter o
estabelecimento imediato da barreira de vetiver, devem ser utilizados retentores de
sedimentos à base de seis plantas/m linear e mudas já enraizadas em viveiros.
18
2.6.3. Aplicação do Sistema Vetiver na estabilidade de taludes
A seguir serão citados trabalhos relacionados com a estabilidade de talude
utilizando o sistema vetiver.
Segundo Madruga et al. (2007), as barreiras formadas pelo vetiver controlam a
velocidade de escoamento da água na superfície do terreno e suas raízes ajudam na
estabilização do solo, prevenindo deslizamentos cujos planos de instabilidade sejam
inferiores a dois metros. Madruga et al.(2007) realizou testes de resistência à tração em
raízes de vetiver e em raízes de outras espécies de gramíneas, e conclui que o vetiver
tem resistência de 85,1 ±31,2 MPa, maior que a das demais gramíneas testadas,
comparável à resistência de alguns metais. A figura 2.11 ilustra o efeito das raízes na
superfície de deslizamento de um talude.
Figura 2.11 – Efeito do Sistema Vetiver na estabilidade do talude (MADRUGA et al.,
2007).
Em Barbosa (2012), foram avaliadas amostras indeformadas de solos de um
mesmo talude sem cobertura vegetal e com cobertura vetiver na idade de sete anos com
objetivo de verificar o efeito do capim na melhoria dos parâmetros de resistência ao
cisalhamento do solo. Segundo Barbosa (2012), o capim vetiver melhora os parâmetros
de resistência, porém a eficiência como técnica de estabilização de taludes cresce a
longo prazo. Ressalta-se que o capim vetiver é um método de estabilização para
superfícies de rupturas rasas. A figura 2.12 apresenta as envoltórias de ruptura dos
ensaios de cisalhamento direto para as amostras testadas.
19
Figura 2.12 – Envoltórias de ruptura dos ensaios de cisalhamento direto. (BARBOSA,
2012)
Hengchaovanich e Nilaweera, 1996, apud Barbosa, 2012, realizaram ensaios de
cisalhamento direto em amostras de solo de um talude sem vegetação e com vetiver na
idade de dois anos. Os ensaios foram realizados para as profundidades de solo de 0,25
m, 0,50 m, 0,75 m, 1,00 m, 1,25m e 1,50 m. Os resultados estão apresentados na tabela
1.
Tabela 1- Aumento da resistência ao cisalhamento do solo devido às raízes do
vetiver (HENGCHAOVANICH e NILAWEERA, 1996, apud BARBOSA, 2012).
Verifica-se que as raízes de vetiver na profundidade de 0,25 m podem aumentar a
resistência ao cisalhamento do solo em até 90%, sendo que este incremento de
resistência diminui com a profundidade do solo (BARBOSA, 2012).
20
3.O SOLO E O CAPIM VETIVER DA
PESQUISA
3.1. Generalidades
Para a realização da presente pesquisa foram utilizados dois tipos de amostras:
sem plantação e com plantação de capim vetiver. Ambas as amostras foram cedidas pelo
Professor da Universidade Federal Fluminense Manoel Isidro de Miranda Neto,
atualmente pesquisando o capim vetiver em sua tese de doutorado. Ressalta-se que sua
tese tem como objetivo entender a contribuição do sistema radicular do capim vetiver na
resistência ao cisalhamento do solo. O titulo de seu trabalho é: A relação índice de
vazios crítico e tensão confinante crítica de um solo tropical grosseiro.
As amostras deformadas de solo (sem plantação de capim vetiver) foram retiradas
do campo armazenadas em sacos de 20 kg e entregues pelo Professor Manoel Isidro de
Miranda Neto. Foi doado um saco com cerca de 15 kg de solo.
As amostras contendo o capim vetiver também foram doadas pelo Professor.
Neste caso as amostras foram entregues em tubos de PVC já com o capim plantado. No
total foram cedidos para a presente pesquisa dois tubos de PVC.
3.2. Jazida de solo
O solo utilizado na pesquisa foi retirado da localidade conhecida como Serra do
Mato Grosso, às margens da rodovia RJ 106, no km 47 na altura do município de
Saquarema-RJ. Segundo Miranda Neto (2013), a região apresenta a ocorrência de
voçorocas que deram origem ao deposito colúvio-aluvionar. O local de coleta está
próximo ao fundo do vale e da região da transição dos solos coluvionares de encosta
para os solos aluvionares da baixada.
21
A figura 3.1 apresenta uma imagem de satélite da região.
Figura 3.1 - Imagem de satélite do Google Earth da localização de coleta do solo
(MIRANDA NETO, 2013).
A geologia da região, conforme apresentada na figura 3.2, está no domínio do
Complexo de Búzios (MNb) do Meso/Neoproterozóico (650 a 1600Ma) que engloba
xistos, paragnaisses e anfibolitos (CPRM apud Miranda Neto, 2013).
Figura 3.2 - Carta geológica da região (SITE DA CPRM, 02/02/ 2014).
22
A figura 3.3 expõe uma foto do ponto de coleta do solo, as margens da RJ 126
próximo ao do KM-47 sentido Saquarema.
Figura 3.3 – Foto do local de coleta (MIRANDA NETO, 2013).
Já a figura 3.4 ilustra a voçoroca maior da encosta que deu origem ao depósito
onde foi coletado o solo.
Figura 3.4 – Detalhe da voçoroca (MIRANDA NETO, 2013).
A região de coleta do solo consistia em uma massa escorregada composta por solo
residual, colúvio e partes do leque aluvionar depositado na base da voçoroca menor.
Uma inspeção visual do material utilizado para análise granulométrica detectou a
presença de muscovita, quartzo, uma pequena quantidade de biotita e feldspatos já
caulinizados, indicando avançado grau de intemperismo químico (MIRANDA NETO,
2013).
A espessura do solo, o predomínio do clima tropical, a possível presença de
caulinita e o avanço intemperismo químico indicam que o solo seja um solo tropical.
Pela classificação da EMBRAPA (1999) há evidências de ser um neossolo em razão de
23
a inspeção local mostrar que sua origem é proveniente dos movimentos de massa
coluvionar, das enxurradas e do processo erosivo em evolução (voçorocas). A pouca
presença de finos, a acidez do solo e a morfologia local sugerem intensa lixiviação
(MIRANDA NETO, 2013).
3.3. Caracterização em laboratório na campanha Miranda Neto,
2013
A análise granulométrica, figura 3.5, realizada por Miranda Neto (2013) revela
que o solo é composto de 10% de pedregulho, 71% de areia, 10% de silte e 9% de
argila.
Figura 3.5 – Curva granulométrica do solo (MIRANDA NETO, 2013).
A figura 3.6 mostra a fração grosseira do solo.
Figura 3.6 – Fração grosseira do solo (MIRANDA NETO, 2013).
24
A figura 3.7 apresenta a fração predominante de areia do solo.
Figura 3.7 – Fração areia do solo (MIRANDA NETO, 2013).
Ensaios para a determinação dos limites de Atterberg realizados em campanha por
Miranda Neto (2013) concluíram que o solo é não plástico. A massa especifica real dos
grãos determinada em ensaios de laboratório foi de 2,75 g/cm3.
3.4. Amostras da pesquisa
3.4.1. Amostras de solo deformado (sem plantio de vetiver)
As amostras do solo da jazida foram levadas para o laboratório de mecânica dos
solos da Escola Politécnica em agosto de 2012 e sua totalidade, 14 kg, foi
imediatamente seca ao ar em bandejas metálicas. A amostra de solo foi transportada em
um saco de 20 kg fechado, e se apresentava visivelmente úmido.
Parte do material passou por uma análise tátil visual e foi realizada a determinação
do teor de umidade higroscópica após a secagem ao ar.
A figura 3.8 mostra parte do solo contido nas bandejas metálicas.
Figura 3.8 – Solo utilizado na pesquisa após secagem ao ar.
25
A tabela 2 apresenta os resultados obtidos na determinação da umidade
higroscópica contidas nas 3 bandejas metálicas.
Tabela 2- Umidade higroscópica do solo empregado na pesquisa.
3.4.2. Amostras com plantio de capim vetiver
Em maio de 2011 o Professor Manoel Isidro de Miranda Neto plantou vinte
mudas do capim vetiver em tubos de PVC. Esse plantio, conforme dito anteriormente
fez parte de sua pesquisa de doutorado.
Para a presente pesquisa foram fornecidos pelo Professor dois dos vinte tubos com
solo e o capim vetiver já plantado. Os tubos doados para a pesquisa foram os de número
1 e 6.
Os tubos de PVC possuem cerca de 1 m de altura e diâmetro de 100 mm. O solo
utilizado foi o mesmo já descrito anteriormente no trabalho. Todos os tubos tiveram
suas bases fechadas com uma tampa de plástico perfurada “cap”. Na extremidade da
base, logo acima do “cap”, foi instalada cerca de 5 cm de areia grossa para funcionar
como dreno e cerca de 90 cm com solo umedecido compactado manualmente.
A figura 3.9 mostra os tubos já com o capim vertiver com aspecto atual.
26
Figura 3.9 – Foto dos tubos de PVC com capim vetiver (MIRANDA NETO,
2013).
A seguir, na tabela 3, são apresentados os índices de vazios dos solos dos vinte
moldes com capim vetiver destacando os tubos utilizados nesta pesquisa.
Tabela 3- Índice de vazios dos solos nos moldes de PVC. (MIRANDA NETO,
2013)
A figura 3.10 mostra a parte inferior do tubo cortada do resto do tubo.
Figura 3.10 – Foto da parte inferior do molde de PVC cortado na parte inferior
(MIRANDA NETO, 2013).
27
A figura 3.11 mostra o solo com as raízes após abertura do tubo. A região 1 da
figura corresponde a base do tubo, onde foi instalado o dreno de areia. Nesta região
inferior, as raízes criam uma espécie de novelo devido ao bloqueio do crescimento
causado pelo “cap”. A região 2 é a região central do tubo, caracterizada por apresentar
uma concentração visivelmente menor de raízes. A região 3 é a região mais rasa do
tubo. Nesta região, existe uma maior concentração de raízes e as raízes são de maior
espessura.
1
2
3
Figura 3.11 – Tubo de PVC com vetiver cortado. (MIRANDA NETO, 2013)
A figura 3.12 apresenta o detalhe da região inferior após abertura do tubo 6 doado
para a pesquisa. Observa-se a grande quantidade de raiz e o filtro de areia grossa
utilizado na moldagem das amostras.
Figura 3.12 – Base do molde com vetiver 6 na região do dreno de areia.
A figura 3.13 mostra o detalhe da parte superior do tubo, destacando a grande
concentração de raízes de maior espessura.
28
Figura 3.13 – Topo do molde com vetiver.
A figura 3.14 apresenta as raízes contidas na amostra do tubo PVC da figura 3-11
após lavagem.
Figura 3.14 – Raízes após início do processo de lavagem (MIRANDA NETO,
2013).
A figura 3.15 apresenta as raízes após a finalização do processo de lavagem de um
dos tubos da pesquisa Miranda Neto (2013).
Figura 3.15 – Raízes após finalização do processo de lavagem (MIRANDA
NETO, 2013).
29
Segundo Miranda Neto (2013), o solo foi umedecido até uma umidade ótima
presumível e compactado dentro do tubo de PVC com um soquete não normatizado,
com cerca de 1 kg. Sem empregar energia em demasia, foram executados 10 golpes por
camada, sendo que cada camada possuía cerca de 1 kg de solo. A massa de solo
utilizada por tubo foi de aproximadamente 14 kg.
A tabela 4 (a) e (b) apresentam os dados de umidade de compactação, assim como
as massas especifica aparente seca e dos grãos, além do índice de vazios ao final da
compactação dos moldes 1 e 6, respectivamente. Os valores fornecidos na tabela 3 são
válidos para a amostra ao final da compactação. Com o passar do tempo e o
consequente crescimento do capim vetiver e seu sistema complexo de raízes, esses
parâmetros podem ter sido alterados naturalmente.
Tabela 4- Dados do molde 1 e 6 (MIRANDA NETO, 2013).
(a)
(b)
MOLDE 06
DETERMINAÇÃO DA UMIDADE
CÁPSULA Nº
5
12
39
CÁPSULA + SOLO ÚMIDO
64,77 78,18
68,40
CÁPSULA + SOLO SECO
55,69 67,56
58,65
ÁGUA
9,08
10,62
9,75
WW
CÁPSULA
15,06 14,20
13,76
SOLO SECO
40,63 53,36
44,89
WS
W
22,35 19,90
21,72
UMIDADE (%)
Média
21,3
DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA APARENTE
TARA DO TUBO
g
831
MASSA TOTAL ÚMIDA
g
14792
MASSA DO SOLO ÚMIDO
g
13961
DIÂMETRO
cm
9,80
ALTURA DO TUBO
cm
100,0
ALTURA DO FILTRO
cm
6,0
ALTURA ÚTIL
cm
94,0
VOLUME
7090,4
cm3
MASSA ESPECÍFICA APARENTE
g/cm3
ÚMIDA
1,97
MASSA ESPECÍFICA APARENTE
g/cm3
SECA
1,62
MASSA ESPECÍFICA DOS
GRÃOS
2,75
g/cm3
DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE VAZIOS
ÍNDICE DE VAZIOS (e)
0,694
30
4.OS ENSAIOS REALIZADOS
4.1. Generalidades
As atividades desenvolvidas envolveram testes e ensaios de laboratório com o
intuito de encontrar o melhor sistema para os ensaios de permeabilidade em amostras
com ou sem capim vetiver.
Os procedimentos dos ensaios foram adaptados para se adequar às condições das
amostras com o capim vetiver plantado, pois a presença das raízes impossibilita a
realização dos ensaios da forma convencional.
4.2. Ensaios de compactação adaptados
Para a moldagem das amostras de solo, foram inicialmente realizados ensaios de
compactação adaptados. Os procedimentos do ensaio de compactação proctor normal
não foram empregados fielmente devido às condições adversas apresentadas, como a
quantidade total de solo, 14 Kg, que inviabilizaria a realização do ensaio. Além da
necessidade de adaptar o ensaio as características do molde utilizado nesta pesquisa,
pois o intuito era moldar o corpo de prova com uma energia de compactação conhecida
para atingir os índices de vazios desejados.
Os ensaios de compactação foram realizados em tubos com mesmo diâmetro
utilizado para a moldagem dos corpos de prova para o ensaio de permeabilidade sem
vetiver. Os moldes foram construídos com tubos de PVC de 75 mm de diâmetro e 10
cm de altura e para fechar os moldes foram utilizados caps de 75 mm de diâmetro.
A figura 4.1 ilustra o molde utilizado para os ensaios de compactação.
Figura 4.1 – Foto do molde para o ensaio de compactação.
31
Uma luva de PVC de 75 mm de diâmetro foi utilizada como colarinho dos tubos.
A bancada era sempre forrada com jornal para evitar a perda do solo que caísse da
bandeja. Outro procedimento para economizar o solo, foi a utilização de um funil para
preencher o molde com o solo.
A figura 4.2 a seguir mostra a bancada forrada com jornal.
Figura 4.2 – Detalhe da bancada forrada com jornal.
A figura 4.3 a seguir ilustra a utilização do funil para o preenchimento do molde
com solo e a luva de PVC usada como colarinho.
Funil
Luva de PVC
Figura 4.3 – Preenchimento do molde com solo.
Para obter amostras homogêneas, o solo foi destorroado com a utilização de mão
de gral e almofariz, e a fração mais grossa do solo foi retirada. A água utilizada no
ensaio era destilada, e seu volume era medido com béquer de pequena capacidade.
A figura 4.4 (a) apresenta a fração mais grossa retirada e figura 4.4 (b) mostra o
solo destorroado no almofariz.
32
(a)
(b)
Figura 4.4 – Procedimentos para obtenção de amostras homogêneas.
A figura 4.5 (a) ilustra o processo de homogeneização da umidade empregada no
ensaio e figura 4.5 (b) ilustra a diferença de coloração entre o solo úmido e seco.
(a)
(b)
Figura 4.5 – Solo no processo de umedecimento.
O martelo para a compactação foi o mesmo utilizado no Proctor Normal que pesa
em torno de 2,5 kg e a altura de queda empregada para todos os ensaios foi de 5,5 cm.
A figura 4.6 a seguir mostra uma camada de solo sendo compactada com martelo.
Figura 4.6 – Compactação de uma camada de solo.
33
A figura 4.7 mostra as etapas após a compactação da amostra.
Figura 4.7 – Etapas após a compactação da amostra.
Foram realizados ensaios de compactação para diferentes energias, variando o
número de golpes. O primeiro ensaio realizado foi com 2 golpes por camada, num total
de 5 camadas por molde. A compactação para 2 golpes foi insuficiente, pois o martelo
do ensaio Proctor tinha um diâmetro menor que o diâmetro do molde (75 mm). Este
ensaio foi descartado.
A figura 4.8 apresenta o detalhe do solo não compactado nas bordas.
Figura 4.8 – Detalhe do solo mal compactado nas bordas.
O ensaio seguinte foi realizado com 4 golpes distribuídos por camada,
compactando assim o solo de forma mais homogênea.
34
A figura 4.9 a seguir apresenta a amostra com a compactação homogênea.
Figura 4.9 – Solo com compactação homogênea.
Também foram realizados ensaios para 6 e 8 golpes. O ensaio para 6 golpes não
foi considerado para moldagem das amostras sem vetiver por acreditar que a
compactação também não seria homogênea.
4.3. Ensaios de permeabilidade de carga variável adaptado
4.3.1. Permeâmetro adaptado
O equipamento para a realização do ensaio de permeabilidade foi desenvolvido
para a realização deste trabalho, pois não era possível utilizar o permeâmetro
convencional nas amostras com capim vetiver. Diversos testes foram realizados até que
o sistema mais adequado para realização do experimento fosse encontrado.
O permeâmetro construído utilizou peças de PVC com a finalidade de reduzir o
diâmetro de saída e entrada de água para se encaixar nas mangueiras do sistema de
ensaio. A redução dos diâmetros tinha também o intuito de formar uma saída cônica que
facilitaria a expulsão de ar.
As peças utilizadas para montagem do permeâmetro para as amostras com
ausência de vetiver e do permeâmetro para as amostras com vetiver são apresentadas na
tabela 5 a seguir.
35
Tabela 5- Peças utilizadas para construção dos permeâmetros.
A figura 4.10 ilustra as peças listadas na tabela 5.
1
2
17
3
20
13
4
11
5
9
6
14
21
18
15
7
=
16
8
21
19
21
8
1
10
12
Figura 4.10 – Peças utilizadas para construção do permeâmetro.
36
1
Nem todas as peças de PVC foram coladas, para que fosse possível o
reaproveitamento do permeâmetro para todos os ensaios. Os tubos de PVC foram
fixados nas luvas por meio de anéis de vedação de borracha. As reduções excêntricas
não foram coladas nas luvas, sendo a vedação feita inicialmente por vaselina e depois
substituída por graxa de silicone por ser mais eficiente. Nas junções que não utilizaram
cola de PVC, utilizou-se como precaução fita veda rosca.
A figura 4.11 ilustra a sequência de montagem das peças para construção do
permeâmetro.
Tubo de 20 mm
Redução de 40x20 mm
Redução de 50x40mm
Redução
excêntrica
de
75x50mm
Luva de PVC de ϕ 75 mm
Tubo de PVC de ϕ 75 mm e
15 cm de altura (amostra de
solo).
Luva de PVC de ϕ 75 mm
Redução
excêntrica
de
75x50mm
Redução de 50x40mm
Redução de 40x20 mm
Tubo de 20 mm
Redução de 20 mm x 1/2”
Nípel roscável de 1/2”
Registro esfera de 1/2”
20 mm x 1/2”
Nípel roscável de 1/2”
Engate rápido para mangueira
Figura 4.11 – Permeâmetro desenvolvido para o trabalho
37
A figura 4.12 destaca as peças diferentes do permeâmetro de maior diâmetro,
usado exclusivamente nas amostras com vetiver.
Redução excêntrica de
Tubo de ϕ 100 mm e 15 cm de
100 x 50 mm
altura (amostra)
Luva de 100
Luva de 100 mm
mm
Figura 4.12 – Permeâmetro desenvolvido para amostras com vetiver.
Para que fosse possível a realização dos ensaios, o permeâmetro adaptado foi
preso a uma panela de aço que serviu tanto para sustentar o equipamento quanto para
manter constante o nível de saída. A figura 4.13 mostra o permeâmetro preso à panela.
Panela de aço: suporte e
reservatório coletor
Permeâmetro adaptado
Câmara de ar de
bicicleta: Prende o
permeâmetro na panela
Discos de aço: Elevar o
nível da panela
Figura 4.13 – Permeâmetro preso à panela.
A base da panela foi posicionada em cima de discos de aço para que o nível da
panela tivesse a cota mais adequada para realização dos ensaios, além de facilitar o
38
manuseio do equipamento. O permeâmetro foi preso à panela utilizando câmaras de ar
de bicicleta, conforme figura 4.13.
4.3.2. Amostras de solo sem vetiver
Como as amostras com a presença do capim vetiver foram moldadas em tubos de
PVC de 100 mm, para efeito de comparação, optou-se por utilizar o mesmo material.
As dimensões dos corpos de prova foram determinadas levando em consideração
a escassez do solo, portanto adotaram-se tubos de PVC com 75 mm de diâmetro interno.
A altura útil do corpo de prova adotada foi de 15 cm, levando em consideração o item
3.1 da norma para ensaio de permeabilidade a carga constante (NBR 13292/ 1995) que
recomenda uma altura útil de 1,5 a 2 vezes o diâmetro interno do corpo de prova.
Para base e topo do molde do corpo de prova, utilizaram-se luvas de PVC de 75
mm de diâmetro. Nas luvas de PVC, foram presos discos de aço perfurados com o
propósito de oferecer um apoio rígido para compactação das amostras, além de sustentar
o solo, impedindo a deformação do corpo de prova sem bloquear a passagem livre da
água. Nas extremidades dos corpos de prova foi empregado geotêxtil para não haver
perda de solo. A figura 4.14 a seguir mostra detalhes do molde construído.
Figura 4.14 – Luva com disco de aço e geotêxtil.
O processo de moldagem do corpo de prova foi o mesmo adotado no ensaio de
compactação. As amostras foram moldadas com solo virgem e pela experiência tátil
visual adquirida pressupõe-se que as amostras foram moldadas perto da umidade ótima.
39
A figura 4.15 ilustra os corpos de prova já moldados para serem ensaiados.
Figura 4.15 – Corpo de prova com a extremidade aberta e fechada.
Foram moldadas no total 5 amostras, todas foram moldadas com umidade
próxima da ótima empregando 4 ou 8 golpes com martelo. Em razão de imprevistos nos
ensaios de permeabilidade, somente 3 amostras foram aproveitadas para o trabalho.
4.3.3. Amostras de solo com vetiver
As amostras com capim vetiver foram serradas com 15 cm de altura dos dois
tubos (1 e 6) cedidos para realização deste trabalho. Cerca de 10 cm da parte mais
inferior do tubo foram descartadas, pois além de haver um filtro de areia, nesta região
cria-se um novelo da raiz que não pode continuar crescendo. E cerca de 5 cm da parte
superior também foram descartadas, por ser uma região de transição entre o capim e as
raízes. A figura 4.16 a seguir ilustra a parte da base descartada.
Figura 4.16 – Região do dreno de areia descartada.
40
A figura 4.17 a seguir mostra parte do solo descartado da região mais rasa do
tubo.
Figura 4.17 – Região descartada de transição entre o capim e as raízes.
A figura 4.18 apresenta o tubo com capim vetiver delimitado a caneta para
retirada de uma amostra.
Figura 4.18 – Tubo de PVC com capim vetiver.
Para cada tubo com vetiver, foram retiradas 3 amostras , uma na parte mais
próxima do nascimento do capim (Rasa), uma no meio do tubo (Média) e uma na região
acima do novelo formado pelas raízes do capim (Profunda).
41
A figura 4.19 ilustra a parte inferior e superior do tubo com vetiver após retirada
parte a ser descartável.
Figura 4.19 – Tubo de PVC com capim vetiver.
A figura 4.20 (a) ilustra o disco de plástico perfurado com geotêxtil preso na luva
e figura 4.20 (b) apresenta a amostra confinada pelas luvas com os discos.
(a)
(b)
Figura 4.20 – Detalhes da amostra com vetiver.
4.3.4. Saturação da amostra e o ensaio de carga variável adaptado
O processo de saturação das amostras foi realizado utilizando o reservatório
d’água com extravasor do ensaio de permeabilidade de carga constante. Quando houve
a necessidade de ensaiar duas amostras ao mesmo tempo, utilizou-se o permeâmetro
convencional como reservatório para saturação.
42
A figura 4.21 ilustra o reservatório d’água com extravasor utilizado para o
processo de saturação.
Marcação do
Proteção ao meio
nível de água
externo
Régua de nível
Figura 4.21 – Reservatório para saturação.
A figura 4.22 mostra a câmara utilizada como recipiente para armazenar a água
para saturar a amostra.
Régua de nível
Saída de água
Figura 4.22 – Câmara utilizada como reservatório para saturação.
Para determinar o volume de água percolada pela amostra, foi preso um pedaço da
régua da trena na superfície de cada reservatório. Esta medida facilitou a visualização da
descida de água durante todo o processo. Para evitar a evaporação da água dos
43
reservatórios, teve-se o cuidado de manter o reservatório com extravasor fechado com
um saco plástico e o permeâmetro fechado com a tampa.
Segundo o item 4 da norma de ensaios de permeabilidade a carga variável, NBR
14545/2000, deve-se utilizar água de torneira previamente deaereada para a saturação e
os ensaios de permeabilidade. O processo utilizado para deaeração da água de torneira
foi a fervura. Uma quantidade de água era fervida todos os dias e armazenada em um
recipiente fechado para a utilização no dia seguinte. Para o processo de fervura era
utilizado um ebulidor. A figura 4.23 a seguir ilustra o processo de deaeração.
Ebulidor
Figura 4.23 – Permeâmetro utilizado como reservatório para saturação.
O método de saturação consistia em estabelecer uma diferença de potencial entre
os níveis de água, gerando um fluxo d’água ascendente que passava pela amostra. Os
níveis de água de cada reservatório eram mantidos acima do nível de água do coletor de
saída, para garantir o fluxo ascendente que é o mais eficiente para a expulsão de ar do
corpo de prova. A saturação de cada amostra ocorreu durante todos os dias de ensaio
por 24 horas, com exceção dos momentos que ocorriam os ensaios de permeabilidade.
Quando a água percolada surgia na mangueira de saída, preenchia-se a mangueira
de água e conectava a panela coletora que tinha um extravasor para evitar o
transbordamento da panela. Após este procedimento, o nível de saída do sistema para o
cálculo de diferença de potencial passava ser o nível da panela.
A figura 4.24 ilustra as mangueiras de saída de água conectadas à panela.
44
Figura 4.24 – Mangueiras do permeâmetro ligadas na panela coletora.
Quando o ar expulso da amostra ficava preso na mangueira, desconectava-se a
mangueira da panela para permitir a saída do ar e logo em seguida, preenchia-se
novamente a mangueira com água para conecta-la na panela. A figura 4.25 a seguir
mostra o ar aprisionado dentro da mangueira com água.
Figura 4.25 – Bolha de ar aprisionada na mangueira.
Para identificar vazamentos nas conexões não coladas, envolvia-se o permeâmetro
com papel toalha. Caso houvesse vazamento, o papel ficaria molhado e a detecção seria
imediata.
O processo de saturação para as amostras sem vetiver era lento, levando cerca de
7 dias para a água percolada surgir no topo do permeâmetro. Com intuito de acelerar a
saturação, testou-se o uso da bomba a vácuo. A saturação com bomba a vácuo não
obteve sucesso, pois as peças que não eram coladas apresentaram vazamentos.
45
Os ensaios de permeabilidade com carga varável eram realizados todos os dias,
com a exceção de domingos e feriados. Mesmo durante os domingos e feriados, o
processo de saturação não era interrompido.
O equipamento utilizado para o ensaio de carga variável era composto de uma
bureta com área de 0,47 cm² para leitura de carga (h), uma bureta para medir o nível
d’água da panela, mangueira de 1/2’’, permeâmetro adaptado e a panela coletora com
extravasor.
A bureta para leitura de carga era conectada a parte inferior do permeâmetro
através da mangueira de 1/2’’. O permeâmetro continha um registro esfera na sua parte
inferior para possibilitar a troca da mangueira do saturador para mangueira da bureta. A
figura 4.26 ilustra o detalhe da mangueira conectada ao registro do permeâmetro
adaptado.
Mangueira
Figura 4.26 – Mangueira conectada ao registro do permeâmetro adaptado.
Atrás da bureta também foi colocada uma régua de uma trena para facilitar as
leituras de nível d’água durante o ensaio de carga variável.
A figura 4.27 mostra o detalhe do enchimento da bureta com a régua de leitura
atrás.
46
Figura 4.27 – Bureta de leitura do ensaio de carga variável.
A preparação para o ensaio consistia em encher a bureta de leitura com água
deaerada, conectar a mangueira ao registro do permeâmetro. Para iniciar o ensaio abriase o registro do permeâmetro, faziam-se as leituras de nível d’água, anotava-se o horário
de cada medida e a temperatura da água.
Convencionou-se em fazer as leituras de 10 em 10 minutos. Para manter a
temperatura da água sempre próxima dos 20ºC, temperatura recomendada para o ensaio,
o aparelho de ar condicionado era mantido ligado durante todo tempo na temperatura de
25º C. A figura 4.28 mostra o termômetro utilizado para fazer as medições de
temperatura.
Figura 4.28 –Processo para determinação da temperatura do ensaio.
47
A figura 4.29 exibe as buretas de leitura do ensaio de carga variável.
Bureta de leitura
Bureta para
medição do nível da
panela.
Figura 4.29 – Bureta de leitura do ensaio de carga variável.
A figura 4.30 a seguir ilustra a visão geral do equipamento montado.
Permeâmetros
Reservatório
para saturação
Reservatório
para saturação
Bureta
Panela
Figura 4.30 - Equipamento para o ensaio de permeabilidade.
48
Após o término de cada ensaio de permeabilidade, os corpos de prova eram
abertos para retirada de amostras para determinação da umidade e da saturação final.
Para cada corpo de prova, foram retiradas amostras ao longo de seu comprimento, no
topo, meio e base. As tabelas com a umidade de cada corpo de prova são apresentas em
anexo.
A figura 4.31 ilustra uma amostra sem de vetiver após ensaio.
Figura 4.31 – Amostra 1 com ausência de vetiver.
A figura 4.32 ilustra uma amostra com vetiver após ensaio.
Figura 4.32 – Amostra vetiver 6 rasa.
4.3.5. Ensaios piloto
O presente trabalho precisou adaptar ensaios convencionais para encontrar a
formar mais adequada para estudar as amostras. Para isto, foram realizados alguns
testes pilotos para encontrar a melhor metodologia de ensaio.
O equipamento construído para o ensaio piloto era em um recipiente de acrílico
adaptado com um registro na parte inferior, uma saída superior com peças PVC, discos
de aço perfurado e um pedaço de PVC para confinar a amostra e geotêxtil.
49
A figura 4.33 se seguir apresenta o recipiente de acrílico.
Peças de PVC
PVC
Disco de aço
Areia
Registro
Figura 4.33 – Equipamento para os testes piloto.
O primeiro teste piloto consistiiu em ensaios de permeabilidade com carga
constante em uma areia com fluxo ascendente. O ensaio foi realizado com água de
torneira, e notou-se a grande quantidade de ar presente na água, pois eram visíveis as
bolhas de ar na água do recipiente. A figura 4.34 ilustra a montagem do ensaio.
Reservatório
extravasor
Panela
extravasora
Recipiente de
acrílico
Figura 4.34 – Equipamento para os testes piloto.
O ensaio de carga constante consistia em manter o nível do reservatório num nível
constante e coletar certo volume com béquer e cronometrar o tempo de coleta. A figura
4-35 ilustra o procedimento de ensaio.
50
Figura 4.35 – Ilustração do procedimento de ensaio.
Após o teste com areia, realizou-se o teste utilizando o solo empregado nesta
pesquisa. Também foi utilizada água da torneira. Moldou-se uma amostra compactada
conforme o ensaio de compactação adaptado, dando 4 golpes por camada e com 22,6%
de umidade de moldagem. A água que percola demorou 3 dias para chegar no topo do
acrílico. Devido a isso, ensaio de permeabilidade escolhido para o presente trabalho foi
o ensaio permeabilidade a carga variável. A figura 4.36 a seguir mostra a amostra de
solo moldada no acrílico.
Solo da
pesquisa
Figura 4.36 – Ilustração do procedimento de ensaio.
Outro teste realizado foi a determinação da umidade das raízes, pois pretendia
saber a influência da umidade das raízes na umidade medida do conjunto raiz mais solo.
As raízes do vetiver 6 foram lavadas, secadas ao ar , colocadas em cápsulas e levadas a
estufa até a constância de peso para as temperaturas de 50º C e 105º C.
51
A figura 4-37 ilustra as cápsulas com as raízes do vetiver.
Figura 4.37 – Raízes do vetiver 6.
O teste com a estufa a 105º C tinha o objetivo de descobrir se a raiz se
transformava em cinza quando levada a estufa. Com o teste com a estufa a 105º C,
constatou-se que as raízes não viram cinza nesta temperatura. A umidade encontrada
para estufa a 50 º C e 105 º C foi de cerca de 5 %, porém este valor não foi considerado
na determinação da umidade das amostras da pesquisa. A determinação da quantidade
de raiz contida em cada amostra é muito difícil, por isso optou-se por considerar as
raízes como parte integrante dos sólidos.
52
5.APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS
RESULTADOS
5.1. Compactação adaptado
Nos ensaios de compactação observou-se aumento de γd com o crescimento da
energia. Entretanto, não se verificou, em todos os casos, a redução de wot com aumento
da energia, conforme esperado. Acredita-se que este comportamento atípico foi causado
pela necessidade de reutilizar o solo que era escasso. O reuso do solo pode ocasionar
quebra dos grãos, obtendo amostras diferentes da amostra virgem.
A tabela 6 apresenta os índices de vazios alcançados para cada ensaio.
Tabela 6- Índice de vazios para cada ensaio.
Número de golpes Índice de vazios
4
6
8
0,81
0,78
0,71
Os ensaios de compactação serviram para capacitar a autora deste trabalho a
moldar as amostras sem vetiver, adquirindo a experiência tátil visual para identificar se
o solo está na região de umidade ótima.
As informações de moldagem das amostras sem o capim vetiver são apresentadas
na tabela 7.
Tabela 7- Dados das amostras sem vetiver.
53
5.2. Ensaio de permeabilidade a carga variável adaptado
5.2.1. Ensaio em amostras sem vetiver
Os ensaios de permeabilidade a carga variável foram realizados em 3 amostras
sem vetiver. As informações de cada amostra são apresentadas na tabela 8. As tabelas
com os dados de cada ensaio encontram-se em anexo.
Tabela 8- Dados das amostras sem vetiver.
Os resultados obtidos no ensaio de permeabilidade das 3 amostras são expostos na
figura 5-1. Cada ponto representa a média dos valores obtidos em um dia de ensaio.
Figura 5.1 – Gráfico coeficiente de permeabilidade x volume percolado das
amostras sem vetiver.
54
5.2.2. Ensaio em amostras com vetiver
Para cada tubo com vetiver, foram realizados 3 ensaios com amostras retiradas da
base do tubo (profunda), do meio (média) e do topo (rasa). As informações de cada
ensaio são expostas nas tabelas 9 e 10. As tabelas com os dados de cada ensaio
encontram-se em anexo.
Tabela 9 - Dados das amostras vetiver 1.
Tabela 10 - Dados das amostras vetiver 6.
Os resultados obtidos no ensaio de permeabilidade das 3 amostras do molde
vetiver 1 são expostos na figura 5.2. Cada ponto representa a média dos valores obtidos
em um dia de ensaio. O traçado pontilhado é uma extrapolação dos resultados caso os
ensaios fossem realizados por um período maior.
55
Figura 5.2 – Gráfico coeficiente de permeabilidade x volume percolado da
amostra vetiver 1.
Os resultados obtidos no ensaio de permeabilidade das 3 amostras do molde
vetiver 6 são expostos na figura 5.3. Cada ponto representa a média dos valores obtidos
em um dia de ensaio. O traçado pontilhado é uma extrapolação dos resultados caso os
ensaios fossem realizados por um período maior.
Figura 5.3 – Gráfico coeficiente de permeabilidade x volume percolado da
amostra vetiver 6.
56
5.2.1. Análise dos ensaios de permeabilidade
Analisando a figura 5.1, o coeficiente de permeabilidade das amostras sem vetiver
é dependente das propriedades físicas da amostra. Os ensaios indicaram que quanto
maior o índice de vazios maior o coeficiente de permeabilidade, considerando que todas
as amostras foram moldadas perto da umidade ótima, definidas por exame tátil visual.
Nenhumas das amostras estavam completamente saturadas no final no ensaio, apesar de
ter-se percolado volumes de água equivalentes a 5 a 10 vezes o volume de vazios.
Os valores do coeficiente de permeabilidade para o solo das amostras, areia fina
com presença de silte e argila, estão de acordo com os valores de literatura. Onde sem
raízes apresentou valores de k variando de
a
cm/s. O solo com
raízes apresentou valores de k variando de
a
cm/s. Em média, o
solo com raízes apresentou permeabilidade de 12 vezes maior que o sem raízes.
Entretanto, não se pode afirmar com certeza que as raízes aumentaram a permeabilidade
do solo, pois não se sabe com certeza em qual ramo da curva do ensaio de compactação
as amostras nas quais foi plantado o capim vetiver.
Conforme o estudo de Mitchell et al. (1965), o coeficiente de permeabilidade
para uma mesma amostra de argila pode diferir até três ordens de grandeza, dependendo
das condições em que o solo foi compactado. Apesar de o solo desta pesquisa apresentar
somente 9% de argila, acredita-se que amostras com diferentes energias e umidades de
compactação poderiam apresentar diferenças consideráveis no coeficiente de
permeabilidade.
Além disso, segundo as figuras 5.2 e 5.3, é observado um maior coeficiente de
permeabilidade para as amostras rasas e profundas. Estas regiões dos moldes
apresentavam uma maior concentração de raiz, comparando com a região média do
molde. Assim sendo, há um indício que a presença das raízes no solo pode aumentar a
permeabilidade do solo.
57
6.CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste trabalho foram realizados ensaios de permeabilidade em amostras de solo
com e sem raízes do capim vetiver, a fim de se obter os coeficientes de permeabilidade
de cada amostra para estudar a influência da presença das raízes. Também foram
realizados ensaios de compactação para obtenção dos índices físicos necessários para a
pesquisa. No momento dos ensaios, as plantas tinham idade aproximada de três anos.
Nos ensaios de permeabilidade foram obtidos coeficientes de permeabilidade de
cm/s,
cm/s e
cm/s para as amostras sem a raízes, com
índice de vazios de 0,98, 0,77 e 0,93, respectivamente. O comportamento dos
coeficientes de permeabilidades obtido está de acordo com o esperado para uma areia
fina com presença de silte e argila.
Já nos ensaios de permeabilidade para as amostras do molde 1 com vetiver, foram
o obtidos os coeficientes de permeabilidade de
cm/s,
cm/s e
cm/s para as amostras rasa, média e profunda, respectivamente. O índice de
vazios de moldagem da amostra é de 0,790.
Nos ensaios de permeabilidade para as amostras do molde 6 com vetiver, foram o
obtidos os coeficientes de permeabilidade de
cm/s,
cm/s e
cm/s para as amostras rasa, média e profunda, respectivamente. O índice de
vazios de moldagem da amostra é de 0,694.
Os coeficientes de permeabilidade obtidos nos ensaios em amostra sem o capim
vetiver foram cerca de 12 vezes menores que os ensaios em amostra com vetiver, porém
não se pode afirmar com certeza que a raiz do capim vetiver aumenta a permeabilidade
do solo, já que não se sabe as condições de compactação da amostra com o vetiver.
Entretanto, outro indicio de que a raiz aumenta a permeabilidade é que as amostras com
maior concentração de raízes apresentaram maiores valores de k.
Como sugestões para futuras pesquisas que venham a aprimorar este estudo, são
feitas as seguintes recomendações:

Estabelecer curvas de compactação através de ensaios de compactação em
moldes adaptados sem o reúso do material;
58

Moldar amostras para o plantio de vetiver com condições de compactação
perfeitamente conhecidas, para que se possa determinar o efeito da
estrutura do solo nas análises de permeabilidade.

Realizar ensaios de permeabilidade em duas direções, para fluxos verticais
e horizontais, pois o solo compactado não é isotrópico e as raízes tem
crescimento preferencialmente vertical.

Ensaios de permeabilidade in situ no mesmo solo com e sem vetiver, para
que se possa determinar a permeabilidade do solo de acordo com raízes
que crescem no campo;
59
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BARBOSA, M. C. R. Estudo da Aplicação do Vetiver na Melhoria dos
Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento de Solos em Taludes. 2012. 148
f. Tese (Doutorado) - Curso de Geotecnia, Universidade Federal de Ouro Preto,
Ouro Preto.
FONSECA, A. P. Análise de Mecanismo de Escorregamento Associados a
Voçorocamento em Cabeceira de Drenagem na Bacia do Rio Bananal
(SP/RJ). 2006. 348 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Civil,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
HENGCHAOVANICH, D. & NILAWEERA, N., 1996, “An assessment of
strength properties of vetiver grass roots in relation to slope stabilization”. In:
THE FIRST INTERNATIONAL CONFERENCE ON VETIVER, p. 87-94,
Bangkok: The Vetiver Network.
LAMBE, T. W., WHITMAN, R. V., 1969, Soil Mechanics. New York, John
Wiley & Sons.
LOZANO, Mauro Hernandez. Bioengenharia dos Solos na Estabilização de
Taludes
e
Erosões. Disponível
em:
<http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=9&Cod=510>. Acesso
em: 23 fev. 2014.
MACHADO, S. L.; MACHADO, M. F. C.. Mecânica dos Solos II: Conceitos
introdutórios. Salvador: UFBA, 1997.
MADRUGA, E. L.; SCHELE, E. L. & SALOMÃO, F. X. T. (2007). Uso do
capim vetiver (sistema vetiver) na estabilização de taludes de rodovias,
proteção
de
drenagens
e
de
áreas
marginais.
Disponível
em:
http://www.iwfplanet.com/arquivos/Pesquisa_Vetiver(1).pdf. 25p. Acesso em
outubro de 2009.
MENEZES, M. B. M.; PEJON, O. J. Análise da Influência do Teor de
Umidade na Absorção d'água e Sucção dos Solos em Estudos de
Erodibilidade. São Carlos: Usp, 2010.
60
MIRANDA NETO, M. I. de. A relação índice de vazios crítico e tensão
confinante de um solo tropical grosseiro. 2013. 48 f. Exame de qualificação
(Doutorado) - Programa de Engenharia Civil, Departamento de Coppe,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
Mitchell, J., D. Hooper, and R. Campanella. 1965. Permeability of compacted
clay. Journal of Soil Mechanics and foundation Division, ASCE 91:41-65.
OROZCO, M. M. D. Caracterização da Gramínea Vetiveria Zizanioides
para Aplicação na Recuperação de Áreas Degradadas por Erosão. Belo
Horizonte, Universidade Federal de Minas Gerais, 2009. Dissertação de
Mestrado.
PEREIRA, Aloísio Rodrigues. Boletim Técnico: Uso do Vetiver na
Estabilização de Taludes e Encostas. Belo Horizonte: Deflor Engenharia, 2006.
SOUSA PINTO, Carlos. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3. ed. São
Paulo: Oficina de Textos, 2006.
RAMOS, Fabricio T. et al. Curvas de compactação de um Latossolo
Vermelho Amarelo com e sem reúso de amostras. Revista Brasileira de
Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 2, n. 17, 07 dez. 2012.
Mensal.
RIO DE JANEIRO. CPRM. . Mapa Geológico do Estado do Rio de Janeiro.
Disponível em: <http://www.cprm.gov.br/arquivos/pdf/rj/geologico/geologia_
mpgeologica.pdf>. Acesso em: 02 fev. 2014.
TAYLOR, D. W. Fundamentals of soil mechanics. New York: John Willey &
Sons,1948.
TRUONG, P.; VAN, T. T. & PINNERS, E. Vetiver system applications:
technical reference manual, 2.ed. Vietnam: The Vetiver Network International,
2008.
61
Normas Técnicas
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 7182 [1986] – SoloEnsaio de compactação.
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 14545 [2000] – SoloDeterminação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga
variável.
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 13292 [1995] – SoloDeterminação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares a carga
constante.
62
ANEXO
63
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra 1, sem vetiver.
64
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra 2, sem vetiver.
65
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra 3, sem vetiver.
66
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra vetiver 1 rasa.
67
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra vetiver 1 média
68
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra vetiver 1
profunda.
69
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra vetiver 6 rasa.
70
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra vetiver 6 média.
71
Tabela do ensaio de permeabilidade a carga variável da amostra vetiver 6
profunda.
72
Tabela de dados da amostra sem vetiver 1.
Tabela de dados da amostra sem vetiver 2.
73
Tabela de dados da amostra sem vetiver 3.
Tabela de dados da amostra com vetiver 1 rasa.
74
Tabela de dados da amostra com vetiver 1 média.
Tabela de dados da amostra com vetiver 1 profunda.
75
Tabela de dados da amostra com vetiver 6 rasa
Tabela de dados da amostra com vetiver 6 média.
76