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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGROECOSSISTEMAS
DEGRADAÇÃO DE GEOMANTAS PARA
UTILIZAÇÃO NA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM
MARGEM DE CURSOS D’ÁGUA
GILBERTO BRUNO OLIVEIRA SILVEIRA
ENGENHEIRO AGRONOMO
2009
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGROECOSSISTEMAS
GILBERTO BRUNO OLIVEIRA SILVEIRA
DEGRADAÇÃO DE GEOMANTAS PARA
UTILIZAÇÃO NA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM
MARGEM DE CURSOS D’ÁGUA
Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Sergipe, como parte das exigências
do Curso de Mestrado em Agroecossistemas,
área de concentração Sustentabilidade em
Agroecossistemas, para obtenção do título de
“Mestre”.
Orientador
Prof. Dr. Francisco Sandro Rodrigues Holanda
SÃO CRISTÓVÃO
SERGIPE – BRASIL
2009
0
00n
Silveira, Gilberto Bruno Oliveira
Degradação de geomantas para utilização na estabilização de taludes em
margem de cursos d’água / Gilberto Bruno Oliveira Silveira. – São Cristóvão,
2009.
101f. : il.
Dissertação (Mestrado em Agroecossistemas) – Programa de Pós-
Graduação e Estudos em Recursos Naturais, Pró-Reitoria de Pós-Graduação e
Pesquisa, Universidade Federal de Sergipe, 2009.
Orientador: Dr. Francisco Sandro Rodrigues Holanda.
1. Agroecossistemas. 2. Erosão marginal – Rio São Francisco.
3. Degradação ambiental. 4. Monitoramento ambiental.
I. Título.
CDU 000.00(000.000.0):000.000:000
GILBERTO BRUNO OLIVEIRA SILVEIRA
DEGRADAÇÃO DE GEOMANTAS PARA
UTILIZAÇÃO NA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES EM
MARGEM DE CURSOS D’ÁGUA
Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Sergipe, como parte das
exigências do Curso de Mestrado em
Agroecossistemas, área de concentração
Sustentabilidade em Agroecossistemas,
para obtenção do título de “Mestre”.
APROVADA em 29 de Setembro de 2009.
Prof. Dr. Alceu Pedrotti - DEA
Universidade Federal de Sergipe
Prof. Dr. Antônio Américo Cardoso Júnior - DCF
Universidade Federal de Sergipe
Prof. Dr. Francisco Sandro Rodrigues Holanda – NEREN-DEA/UFS
Universidade Federal de Sergipe
(Orientador)
SÃO CRISTÓVÃO
SERGIPE – BRASIL
Dedicatória
A menininha do meu coração,
minha pequena filha Ana Beatriz
tão importante para esta conquista.
Agradecimentos
A Deus, pela presença constante em minha vida e que nos momentos mais
conturbados “conduz-me junto as águas refrescantes e restaura as forças da minha
alma”.
A minha amada esposa e amiga Vânia, pela infinita contribuição e paciência,
compreendendo os momentos que passei, sorrindo e chorando ao meu lado.
Ao Professor Dr. Francisco Sandro Rodrigues Holanda pela amizade,
companheirismo e por me depositar confiança mesmo quando esta não tenha sido
retribuída a altura.
Ao Núcleo de Pós-Graduação e Estudos em Recursos Naturais – NEREN, por
oportunizar o curso de mestrado em Agroecossistemas.
Aos colegas do Grupo de Pesquisa em Gestão Hidroambiental do Baixo São
Francisco, Renisson Neponuceno, Karen Viviane, Marcela Battesini, Helber Gualberto,
pelos quais agradeço aos demais, grandes companheiros e sem dúvidas estão dando os
primeiros passos para se tornarem grandes pesquisadores.
Aos amigos da turma, dos quais destaco Igor Rocha, pela afinidade criada, foram
bons momentos de construção a vocês o meu muito obrigado.
Ao professor e amigo Dr. Genésio Tâmara Ribeiro, sempre me incentivando na
caminhada.
Aos companheiros da Multiagro, que supriram minha ausência e sempre
torcendo por esta conquista.
Ao amigo Rafael Franco pela presença constante e a contribuição neste trabalho;
Aos amigos e confrades pelos incentivos e por entenderem minha ausência.
Aos Professores e Técnicos Laboratoristas do Laboratório de Tecnologia da
Madeira no Departamento de Engenharia Florestal da Universidade Federal do Paraná –
UFPR pelo apoio incondicional na realização dos ensaios.
A minha irmã Nizia Carla grande incentivadora desde os primeiros rabiscos da
infância até os dias de hoje.
Aos meus sobrinhos Manuella, José Anderson e Aissa Ester, que me recobrem
de responsabilidade me elegendo como exemplo.
A minha mãe que alem de amor, carinho e disciplina ainda me presenteou com o
tesouro do conhecimento.
SUMÁRIO
RESUMO .......................................................................................................................... i
ABSTRACT ..................................................................................................................... ii
CAPÍTULO 1 ................................................................................................................... 3
1 Introdução ...................................................................................................................... 3
2 Referencial Teórico ....................................................................................................... 7
2.1 Problemática da degradação em cursos d’água .......................................................... 7
2.2 Métodos de Controle de Erosão................................................................................ 10
2.2.1 Métodos Empíricos ................................................................................................ 11
2.2.2 Enrocamentos ........................................................................................................ 12
2.2.3 Bioengenharia de Solos ......................................................................................... 12
2.5 Degradações dos materiais ....................................................................................... 17
2.6 Agentes de Degradação ............................................................................................ 19
2.7 Mecanismos de degradação dos geossintéticos ........................................................ 19
2.7.1 Degradação pela Radiação Ultravioleta ................................................................ 19
2.7.2 Degradação Biológica ........................................................................................... 20
2.7.3 Degradação por Temperatura ................................................................................ 21
2.7.4 Degradação por Danos Mecânicos ........................................................................ 22
2.7.5 Degradação por Hidrólise ...................................................................................... 22
2.8 Procedimentos de Degradação.................................................................................. 23
2.8.1 Degradação Natural ............................................................................................... 23
2.8.2 Degradação Acelerada em Laboratório ................................................................. 25
2.8.3 Procedimentos de Degradação Acelerada em Laboratório.................................... 25
3 Referências Bibliográficas ........................................................................................... 29
CAPÍTULO 2: Comportamento de geomantas de fibra de coco submetidas à degradação
natural em campo e degradação acelerada em laboratório. ............................................ 36
1 Resumo ........................................................................................................................ 36
CHAPTER 2: Coconut fiber geotextile behavior under natural degradation and
laboratorial sped up. ....................................................................................................... 37
2 Abstract ........................................................................................................................ 37
3 Introdução .................................................................................................................... 38
4 Materiais e Métodos .................................................................................................... 40
4.1 Caracterização da Geomanta .................................................................................... 40
4.2 Ensaios de degradação .............................................................................................. 41
4.3 Preparação das Amostras .......................................................................................... 42
4.4 Procedimentos de Degradação em Laboratório ........................................................ 43
4.4.1 Exposição à Radiação Ultravioleta ........................................................................ 43
4.4.2 Ciclos de Saturação e secagem .............................................................................. 43
4.5 Procedimentos de degradação em Campo (degradação natural) .............................. 44
4.6 Ensaios Mecânicos de Resistência ........................................................................... 46
4.6.1 Ensaios de Resistência a tração não confinada ...................................................... 46
4.6.2 Ensaios de resistência ao puncionamento .............................................................. 47
5 Resultados e Discussão ................................................................................................ 49
5.1 Ensaios de resistência a tração não confinada .......................................................... 49
5.2 Materiais Intactos ..................................................................................................... 56
5.3 Degradação Natural em Campo ............................................................................... 57
5.4 Degradação acelerada em laboratório...................................................................... 58
5.5 Ensaios de Resistência ao Puncionamento Estático ................................................. 59
6 Conclusões ................................................................................................................... 61
7 Recomendações ........................................................................................................... 62
8 Referências Bibliográficas ........................................................................................... 63
CAPÍTULO 3: Comportamento de geomantas de Fibra de sisal submetidas à
degradação natural em campo e degradação acelerada em laboratório. ......................... 66
1 Resumo ........................................................................................................................ 66
2 Abstract ........................................................................................................................ 67
3 Introdução .................................................................................................................... 68
4 Materiais e Métodos .................................................................................................... 70
4.1 Caracterização do Geotêxtil ..................................................................................... 70
4.2 Ensaios de degradação .............................................................................................. 71
4.3 Preparação das Amostras .......................................................................................... 72
4.4 Procedimentos de Degradação em Laboratório ........................................................ 72
4.4.1 Exposição à Radiação Ultravioleta ........................................................................ 72
4.4.2 Ciclos de Saturação e Secagem ............................................................................. 73
4.5 Procedimentos de degradação em Campo (degradação natural) .............................. 74
4.6 Ensaios Mecânicos de Resistência ........................................................................... 75
4.6.1 Ensaios de Resistência a tração não confinada ...................................................... 76
5 Resultados e Discussão ................................................................................................ 77
5.1 Ensaios de resistência a tração não confinada .......................................................... 78
5.1.1 Materiais Intactos .................................................................................................. 84
5.1.2 Degradação Natural em Campo ............................................................................. 84
5.1.3 Degradação acelerada em laboratório.................................................................... 86
6 Conclusões ................................................................................................................... 87
7 Recomendações ........................................................................................................... 87
8 Referências Bibliográficas ........................................................................................... 89
i
RESUMO
Silveira, G. B. O. Degradação de geomantas para utilização na estabilização de taludes
em margem de cursos d’água. 90p. (Dissertação – Mestrado em Agroecossistemas).
Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE.
A demanda crescente por recursos hídricos tem levado à exploração dos sistemas
hídricos, as ações antrópicas têm alterado a sua dinâmica natural. A erosão marginal dos
cursos d’água é uma realidade principalmente pela suscetibilidade dos solos das
encostas dos mananciais, fator que tende a interferir seriamente nos agroecossistemas
ribeirinhos. Dentre os diferentes métodos de contenção desse tipo de erosão vem se
destacando a bioengenharia de solos que consiste no uso de elementos biologicamente
ativos em obras de estabilização de solos e sedimentos. Dentre os materiais construtivos
os geossintéticos vem apresentado crescente utilização. Neste sentido, o presente
trabalho apresenta um estudo experimental para avaliação do comportamento de
geomantas constituídos de fibra de coco e fibra de sisal, submetidos à diferentes
métodos de degradação. As geomantas, foram expostas a processos de degradação
natural no campo e acelerada no laboratório. No laboratório foram realizados
procedimentos de degradação por exposição à radiação ultravioleta e ciclos de saturação
e secagem. Foi realizada a avaliação da variação dos principais parâmetros dos
materiais com o tempo e procedimentos de degradação. Os parâmetros foram obtidos
através de ensaios de resistência à tração não-confinada e de resistência ao
puncionamento estático. Os resultados mostram a redução da resistência mecânica nas
geomantas estudadas, devido aos processos de degradação aplicados, além de mudanças
no aspecto visual dos materiais. Dos materiais estudados a geomanta de fibra de coco
mostra-se com baixa resistência a degradação natural em campo, já a geomanta de fibra
de sisal apresenta uma maior resistência à degradação natural em campo.
Palavras-chave: talude de rio, fibra de coco, fibra de sisal.
__________________
Orientador: Francisco Sandro Rodrigues Holanda – UFS
ii
ABSTRACT
Silveira, G. B. O. Geotextile degradation to use at slope stabilization at water bodies
margin.. 2009. XXp. (Dissertation – Master Program in Agroecosystems).
Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE.
The increasing demand for water resources has led to the exploration of the
hydrological systems, the atrophic actions has modified its natural dynamics. The
erosion of the water courses margins is a reality mainly for the susceptibility of the
riverbank soils, factor that tends to intervene seriously with riverine agroecossistems.
Between the different methods to contain this type of erosion, the soil bioengineering
has been detaching. These techniques consists on use of biological active elements in
workmanships of soil and sediment stabilization. The geosynthetics come presented
increasing use, earning prominence those that are manufactured with vegetal staple
fibres. In this way, the present work presents an experimental study for evaluation of
geotextile behavior constituted by coconut fiber and sisal fiber, submitted to the
different methods of degradation. Geotextile had been displayed the natural degradation
in situ and sped up degradation in the laboratory. In the laboratory procedures of
degradation for exposition to the ultraviolet radiation and cycles of saturation and
drying had been carried through. It was carried through the evaluation of the variation
of the main parameters of the materials with the time and procedures of degradation.
The parameters had been gotten through assays of not-confined tensile strenght and
resistance to the static punctionning.
Keywords: geomantas, degradação, fibra de coco, fibra de sisal..
__________________
Adviser: Francisco Sandro Rodrigues Holanda – UFS
3
CAPÍTULO 1
1 Introdução
A degradação ambiental ocorre em toda parte, com maior ou menor intensidade,
dependendo das técnicas utilizadas na exploração dos recursos naturais, e a preocupação
local com a manutenção desses recursos. Isso tem gerado uma série de danos, não só ao
ambiente natural, como aos seres humanos, que têm convivido com toda a sorte de risco
(GUIMARÃES, 2004). A demanda crescente por recursos hídricos tem levado à
exploração dos sistemas hídricos, com ênfase no manejo insustentável das bacias
hidrográficas que de forma indiscriminada as ações antrópicas têm alterado a sua
dinâmica natural. Assim, afetando a condição de estabilidade dos curso d’água e
maculando o seu equilíbrio.
A erosão marginal é um componente da erosão hídrica e decorre das alterações
na dinâmica fluvial quando esta quebra seu equilíbrio natural. Consiste na remoção dos
materiais do barranco do rio pela ação de correntes, ondas ou por forças de origem
externa, e precipitação pluviométrica, podendo ser desencadeada pela ação antrópica
como obras de construção civil, substituição da mata ciliar pelo cultivo, urbanização e a
exploração de alúvios (HOLANDA et al, 2003). Contribui no incremento da carga de
fundo dos rios, provocando destruição progressiva da área marginal (CASADO, 2000).
O risco advém da suscetibilidade dos solos a erosão e ao tipo de uso que lhes é dado
principalmente nas faixas marginais de preservação permanente.
Para os agroecossistemas que estão implantados em regiões ribeirinhas, os
efeitos da erosão fluvial podem se tornar um fator de desestabilização da
sustentabilidade principalmente em rios cujo ciclo hidrológico foi alterado pela
construção de barragens e ocorrem variações bruscas e constantes no regime de vazão,
desestabilizando os taludes marginais. A realidade dos processos erosivos que atingem
os cursos d’água, sobretudo daqueles que sofreram maiores perturbações, tem levado a
adoção de práticas de controle sejam por métodos empíricos de iniciativa da população
ribeirinha ou pela adoção de obras de engenharia ou uso da bioengenharia de solos
(OLIVEIRA, 2006).
A possibilidade de controle da erosão marginal se apresenta de diversas formas,
na região do Baixo São Francisco destacam-se duas delas: o uso de enrocamentos,
4
embora apresentem uma boa eficiência no controle da erosão, são bastante onerosas,
impossibilitando o seu uso de forma ampla em toda a margem do rio, e o uso da
bioengenharia de solos, técnica eficiente, economicamente viável, menos agressiva ao
ambiente e que promove o envolvimento das populações ribeirinhas na sua implantação
e condução (ROCHA, 2006).
A bioengenharia de solos consiste no uso de elementos biologicamente ativos
em obras de estabilização de solos e sedimentos. Esses elementos podem ser vegetação,
conjugados a elementos inertes. As técnicas de bioengenharia vão desde a utilização de
apenas materiais de construção vivos (vegetação herbácea, arbustiva e arbórea), aos
consórcios com geotêxteis, concreto, madeira, ligas metálicas, retentores orgânicos de
sedimentos e sistema de confinamento celular de polietileno. Entretanto, deve-se evitar
a utilização de materiais de construção rígidos como aço, concreto e plástico, devendo
ser limitados em seções em que os métodos vegetativos se mostrem inadequados para a
prevenção da erosão (GRAY e SOTIR, 1996). Os autores citados realizaram estudos
utilizando a bioengenharia de solos em margens de corpos d'água, o uso de estruturas
rígidas para a proteção da faixa de oscilação da cota do rio, a exemplo de enrocamentos,
gabiões e colchões-reno.
O consórcio de elementos vegetais vivos com materiais inertes nas técnicas de
bioengenharia de solos, une a vegetação com componentes construtivos madeira,
pedras, estruturas de metal, concreto e geotêxteis (SUTILI, 2009). Os geosintéticos são
produtos poliméricos, sintéticos ou naturais, industrializados e desenvolvidos para
aplicação em obras de Engenharia Civil (COSTA et al, 2007).
Grande quantidade de geossintéticos tem sido desenvolvida e utilizada com
sucesso no controle de erosões. Esses produtos podem, basicamente, ser classificados
em dois grandes grupos de materiais: os temporários e os permanentes. A composição
básica dos geossintéticos temporários se baseia em componentes sintéticos ou naturais,
que fornecem controle temporário contra a erosão e facilitam o estabelecimento da
vegetação (THEISEN, 1992).
As geomantas ou biomantas são goessintéticos temporários, tridimensionais,
flexíveis e altamente porosas. Foram concebidas para reter o solo e se associar com o
sistema radicular da vegetação conforme o desenvolvimento desta se processe. Uma vez
consolidado o sistema proporciona resistência ao fluxo e retenção do solo. As diferenças
entre estes produtos e as geomantas preenchidas com solo para controle de erosão são
5
muito pequenas. Estas mostram-se mais densa e menos espessas, e são dispostas no
terreno já associadas com solo de preenchimento. As geomantas para reforço da
vegetação são dispostas sobre o terreno e depois preenchidas (semeadas) e cobertas com
solo vegetal (ABINT, 2004).
As fibras vegetais para a produção de geomantas (biomantas) vêm sendo mais
utilizadas, por demonstrarem uma combinação de boas propriedades mecânicas e
vantagens ambientais. O interesse está relacionado com as propriedades e características
das fibras vegetais, podendo-se destacar o baixo custo, baixa densidade, flexibilidade no
processamento e uso de sistemas simples quando o tratamento superficial se faz
necessário. Além disso, as fibras vegetais são fontes renováveis (MORAIS et al., 2006).
Como trata-se de uma material temporário, responsável por auxiliar o controle
da erosão e a revegetação da área, torna-se importante conhecer suas propriedades
físicas, químicas e mecânicas. As fibras vegetais podem sofrer degradação devido a
agentes biológicos, meios ácidos e alcalinos, absorção de umidade. Radiação
ultravioleta e temperatura. Os componentes lignocelulósicos das fibras vegetais
respondem de diferentes formas aos meios citados. O processo de degradação
fotoquímica por luz ultravioleta, por exemplo, ocorre quando as fibras são expostas a
ambientes externos. A degradação ocorre inicialmente na lignina, que é responsável
pela mudança de cor na fibra. Em comparação a lignina, a celulose é muito menos
suscetível a degradação UV, em contrapartida, as hemiceluloses e a celulose são mais
suscetíveis a altas temperaturas (MOHONTY, 2000 citado por RODRIGUES, 2007).
O principal objetivo do estudo da degradação dos materiais é prever o
comportamento dos materiais em longo prazo, para que seja possível definir sua vida
útil, ou seja, sua durabilidade. Através do estudo da durabilidade é possível definir e
adequar à utilização dos materiais de construção em função das características
intrínsecas e do meio ambiente exógeno (SALLES, 2006).
A exposição aos diversos fatores climáticos é uma das principais causas de
degradação dos geotêxteis, podendo provocar alterações estruturais nos materiais e,
conseqüentemente, afetar a sua durabilidade. Ao ar livre, encontram-se
permanentemente sujeitos à ação de diversos fatores climáticos, tais como a radiação
solar, as variações de temperatura, a chuva, a umidade, o gelo, o vento, entre outros
(CARNEIRO et al., 2006).
6
Os polímeros apresentam uma gama de propriedades e em muitas aplicações
estão sujeitos ao intemperismo. Assim, como os ensaios de ação de intemperismo se
baseiam causa e efeito, nem sempre é tão simples se identificar a causa, uma vez que ela
esta ligada ao meio em onde o material esta inserido, requerendo preparação e
planejamento adequados, inerentes às características intrínsecas do material (ROSA,
1996). Quando o procedimento de degradação é realizado colocando-se os materiais em
contato direto com o meio natural, denomina-se Degradação Natural. Quando o
procedimento de degradação é realizado sob condições de laboratório, denomina-se
Degradação Acelerada, associado ao processo de intemperismo artificial (CUNHA
2006).
Quando se fala em agentes externos deve-se levar em conta o conjunto de fatores
atuantes, concomitantemente ou não, que degradará o material, isto é, a ação dos raios
ultravioleta, do vento, da umidade, do frio, do calor, da chuva, entre outros. Tais fatores
e a sua repetibilidade determinarão a degradação do material (CUNHA, 2006).
A degradação artificial é realizada em laboratório procurando-se simular
condições ambientais adversas por meio de componentes elementares: luz ultravioleta,
calor, umidade e oxigênio, que atuam sobre os materiais provocando a degradação. Os
ensaios de envelhecimento acelerado possuem a vantagem da rapidez, fornecendo dados
sobre o provável desempenho do material ao longo da sua vida útil. Nestes ensaios, são
simuladas as condições de exposição do material, porem com intensidades elevadas, de
modo a acelerar o processo de degradação. Apesar da vantagem da rapidez, pode
fornecer resultados imprecisos, em função de mecanismos paralelos ocorridos nas
amostras (SILVA, 2002). Os processos de degradação acelerada podem ser monitorados
pelas mudanças no estado físico e propriedades mecânicas dos materiais. Os ensaios
convencionais de tração e flexão e as técnicas de análises térmicas mostram-se bastante
úteis para este fim (RODRIGUES, 2007).
Nesse sentido esse trabalho objetiva à avaliação do comportamento de materiais
geomantas em função aos processos de degradação. Foram utilizados geomantas de
fibra de coco e fibra de sisal utilizadas na estabilização de taludes em margem de cursos
d’água, submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada em
laboratório buscando compreender o comportamento destes materiais e a sua
durabilidade, orientado a sua utilização em obras de controle de erosão.
7
2 Referencial Teórico
2.1 Problemática da degradação em cursos d’água
Ao longo das últimas décadas, a conscientização da necessidade de compreender
a inter-relação entre as atividades humanas e o meio ambiente vem crescendo. A
dinâmica do mesmo é freqüentemente modificada por atividades antrópicas, as quais
vêm acentuando processos naturais ou criando novos, com sérias implicações de ordem
natural, social e econômica (BRENDA et al., 2007).
A degradação ambiental ocorre em toda parte, com maior ou menor intensidade,
dependendo das técnicas utilizadas na exploração dos recursos naturais, e a preocupação
local com a manutenção desses recursos. Isso tem gerado uma série de danos, não só ao
ambiente natural, como aos seres humanos, que têm convivido com toda a sorte de risco
(GUIMARÃES, 2004).
Como condição de estabilidade de um curso d’água entende-se o equilíbrio entre
a ação do escoamento sobre o leito do rio e a resistência ao movimento (erosão) dos
materiais (sedimentos) que o constituem. Este equilíbrio é atingido pela interação entre
o escoamento da água e sedimentos provenientes da bacia hidrográfica contribuinte,
considerando-se a evolução das seções, traçado e declividades dos cursos de água
(MACCAFERRI, 2001). O risco advém da suscetibilidade dos solos à erosão e ao tipo
de uso que lhes é dado principalmente nas faixas marginais de preservação permanente
(CASADO, 2000; HOLANDA et al., 2003).
O propósito fundamental da estabilização e proteção de margens de cursos
d’água, sob o ponto de vista hidráulico, é manter a seção do curso d’água estável e
dentro dos limites estabelecidos para sua utilização, seja como via de navegação
(proteção de portos, ancoradouros e acesso a eclusas), componente de um sistema de
drenagem (proteção de pistas de tráfego junto às margens, pontes, encontros e acessos),
aproveitamento hidrelétrico (proteção de tomadas d’água e estruturas de descarga) ou
abastecimento de água (proteção de propriedades às margens do curso d’água)
(BRIGHETTI e MARTINS, 2001).
A erosão marginal, como componente da erosão fluvial, é uma variável da
dinâmica dos cursos d´água, definida como o “ recuo linear das margens”, devido à
remoção dos materiais do barranco (talude) pela ação fluvial (correntes, ondas) ou por
forças de origem externa (precipitação).
8
Bandeira (2005), afirma que os cursos d’água se encontram sempre em busca do
seu perfil de equilíbrio, erodindo seus leitos em determinados pontos, transportando
sedimentos de um ponto a outro e depositando em trechos à jusante.
Rios aluviais e reservatórios freqüentemente ajustam seus padrões de geometria
e encaminhamento através de processos naturais de transporte de sedimentos. Se ficar
descontrolada, no entanto, irá induzir mudanças grandes na sua geometria e limites.
(NICKLOW, 2001)
As grandes barragens e formação de grandes reservatórios construídas nos
canais fluviais, na medida em que estabelecem um novo regime hidrosedimentológico,
induzem a um novo comportamento morfodinâmico para o rio, considerado como as
responsáveis primárias pela atual fase de erosão marginal acelerada e de disseminação
de focos erosivos (BANDEIRA, 2005).
A retenção de sedimentos promovida pelas barragens pressupõe uma descarga
líquida mais leve, conseqüentemente, com maior energia, o que acentua o processo de
erosão marginal e no leito do rio, se constituindo em uma resposta do sistema fluvial às
alterações hidrosedimentológicas do canal devido aos efeitos geomorfológicos à jusante
das barragens (GUIMARÃES, 2004)
Soewarno e Hardjosuwarno (2008) concluíram que a sedimentação em
reservatórios e cursos água é um processo natural. No entanto, relataram que a
sedimentação pode ser reforçada pelas atividades antropogênicas como desmatamento e
má gestão da zona ribeirinha. Muitos reservatórios do mundo têm sido cobertos com
sedimentos e a sua função para o armazenamento e escoamento alteradas (runoff).
Segundo Fontes (2002), após a construção da barragem de Sobradinho (BA), no
Sub-médio São Francisco, foram iniciadas as mudanças sócio-ambientais no Baixo São
Francisco. As barragens causaram entre outros impactos, modificações na hidrologia e
na geomorfologia dos canais. Santos (2002) relatou que outro problema de grande
relevância, proveniente da construção da barragem da Usina Hidrelétrica de Xingó, em
1994, foi a acentuação da erosão dos taludes das margens do rio, conseqüência da
destruição de grande parte dos diques de proteção.
Segundo Rocha et al. (2003), na bacia do Alto Paraná, pode-se observar que
houve uma nítida alteração de magnitude no regime hidrológico do alto rio Paraná.
Estes autores têm associado à alteração, em parte, ao efeito do controle de débitos pelas
9
grandes barragens na bacia, e em parte, aos processos de uso e ocupação nas encostas.
Monbeig (1984) citou relatos dos colonos durante os anos 1920 a 1940, que afirmavam
que após o desmatamento da área era comum o aumento da água nas propriedades. Tal
fato demonstra o papel da vegetação (retenção de água) no ciclo hidrológico.
Obras de engenharia em canais fluviais possuem a particularidade de não só
afetar a área de influência direta, mas também o ambiente de toda a bacia hidrográfica.
A construção de uma grande estrutura de engenharia representa um impacto localizado
de grande magnitude sobre o vale do rio, e, mais do que isto, representa a deflagração
de uma reação em cadeia de outros impactos. Estas modificações no meio ambiente,
sem duvida, são de naturezas distintas e não ocorrem com a mesma intensidade,
variando de um local para outro (FONTES, 2002).
A modificação brusca no regime hídrico e a alteração no comportamento de
descarga e transporte da carga sólida de um rio têm contribuído para um forte
desequilíbrio, gerando impactos ambientais em todo o vale como a aceleração da erosão
nos taludes marginais (SANTOS, 2002). Bandeira (2005) afirmou que entre os
problemas ambientais do baixo curso do Rio São Francisco, resultante da intervenção
antrópica, a erosão na sua margem se destaca pela sua visibilidade, amplitude,
distribuição e conseqüências sócio-econômicas, associada ao assoreamento do leito do
rio e à devastação da mata ciliar para o cultivo das terras próximas às margens.
Segundo Oliveira (2006), para os agroecossistemas que estão implantados em
regiões ribeirinhas, os efeitos da erosão fluvial podem se tornar um fator de
desestabilização da sustentabilidade principalmente em rios cujo ciclo hidrológico foi
alterado pela construção de barragens e ocorrem variações bruscas e constantes no
regime de vazão, desestabilizando os taludes marginais. Bandeira (2005) comentou que
a erosão marginal tem destruído no baixo São Francisco os diques de proteção contra as
cheias, casas, obras de engenharia e estradas, diminuindo a área dos perímetros
irrigados e de faixas de terra agricultáveis, implicando na perda de produção agrícola e
piscícola, decréscimo da produtividade, inundação de povoados e ônus extras com obras
de infra-estrutura. A manifestação mais drástica dos processos erosivos vem ocorrendo
na foz do rio, onde o recuo da margem levou à destruição do povoado Cabeço. Fontes
(2002) identificou 57 focos de erosão nas margens do rio São Francisco.
10
2.2 Métodos de Controle de Erosão
Em seus estudos, Araujo et al. (2005) afirmam que 15% das terras do mundo se
encontram degradadas como resultados das atividades humanas (ISRIC/UNEP, 1991).
Segundo os autores, os principais tipos de degradação consistem em: perda da camada
superior do solo, proveniente da erosão hídrica (39% das áreas degradadas); perda de
nutrientes do solo (28%); e deformação do terreno pela erosão hídrica (12%).
Bandeira (2005), a erosão dos solos afeta as águas com o aporte de sedimentos,
carregados de nutrientes, provocando a eutrofização, o assoreamento de rios, barragens
e lagos, bem como contaminação por resíduos químicos.
Segundo Bandeira (2005) o controle da erosão marginal se apresenta de diversas
formas, a exemplo o uso de enrocamentos que, embora com boa eficiência, são bastante
onerosos, impossibilitando o seu uso de forma ampla, em toda a margem do rio. De
maneira empírica, os ribeirinhos se têm valido de várias soluções, como do uso de
pneus, palha de coco, sacos de areia e vários materiais sintéticos, como mantas de
polietileno que além de não produzirem o efeito desejado no controle da erosão, trazem
problemas para a recuperação da vegetação ciliar e degradam a paisagem, importante
atrativo turístico na região (HOLANDA et al., 2008).
Araújo et al. (2005) afirmam que, na maioria dos casos, o que se observa na
prática são obras de recuperação sem levar em conta a dinâmica do relevo, ou seja, sem
considerar como uma determinada forma de relevo evoluiu, bem como um determinado
impacto ambiental associado chegou a acontecer. Dessa forma, tais obras acabam,
muitas vezes, durando pouco tempo ou, então, seu custo pode ser superestimado ou até
mesmo subestimado.
A área atingida quase sempre tem alguma implicação geomorfológica e, nesse
sentido, a análise das formas de relevo, dos processos associados e dos materiais
constituintes, quando bem caracterizada, tem tudo para que a obra seja bem-sucedida,
evitando gastos futuros, bem como colocando em risco a segurança da população que
vivem em seu entorno (ARAÚJO et al., 2005). Os autores orientam que não se deve
considerar apenas os processos que ocorrem no leito dos rios, porque grande parte dos
sedimentos que eles transportam é oriunda de áreas situadas mais a montante, vindos
das encostas, que fazem parte da bacia hidrográfica. Portanto, qualquer dano que
aconteça numa bacia hidrográfica vai ter conseqüências diretas ou indiretas sobre os
11
canais fluviais.
A prevenção e o controle da erosão dependem do entendimento da mecânica do
seu processo. A erosão é basicamente um processo que envolve o destacamento da
partícula, o seu transporte e deposição. Com isso a proteção faz-se necessária, por
diminuir as forças de tração ou de arrasto e aumentar a resistência à erosão através da
proteção/ reforço da superfície com uma cobertura adequada ou pelo aumento da força
de ligação entre as partículas.
2.2.1 Métodos Empíricos
Segundo Alvarenga e Souza (1997), perder o solo é perder a chance de recuperar
o estabelecimento do ecossistema ou manejá-lo satisfatoriamente. A erosão pode ser
controlada ou evitada observando-se alguns princípios básicos. Esses princípios são
universalmente aplicáveis, devendo ser observados independente do tipo de medida
(convencional ou de bioengenharia) que será contemplada.
Segundo Araújo et al. (2005), muitos produtos e medidas de controle da erosão
foram introduzidos, sendo mais eficientes quando aplicados seguindo os princípios da
manutenção de baixa velocidade do escoamento superficial, do desvio do escoamento
para fora das encostas íngremes e de áreas desprotegidas, e do aproveitamento da
vegetação nativa do local sempre que possível, entre outros.
Bandeira (2005), durante campanhas de campo, verificou alternativas adotadas
pela população local na tentativa de solucionar o problema do avanço da erosão
marginal no rio São Francisco. Alguns materiais observados foram palhas de coqueiro,
borracha de câmaras de ar entrelaçada e pneus velhos. A autora ainda comenta que
durante as cheias do inicio de 2004, os irrigantes preocupados com o aumento de vazão
e conseqüente avanço das águas do rio em seus lotes, também improvisaram algumas
soluções como a utilização de manta de polietileno aliada a sacos cheios de areia ou, em
alguns casos, somente sacos de areia. Também é relatado que a CODEVASF deu inicio,
em 1999, a estudos sobre a utilização de bambu (Bambusa vulgaris) na contenção da
erosão marginal, mas sem resultados conclusivos.
Estes métodos além de não produzirem o efeito desejado no controle da erosão
trazem problemas para a recuperação da vegetação ciliar, assim como impactam a
paisagem, também importante componente como atrativo turístico na área (GOMES,
12
2005).
2.2.2 Enrocamentos
Os enrocamentos são obras de engenharia usadas para o controle da erosão,
sendo um, entre vários, dos métodos de proteção das margens dos rios, também
chamado de RSP (Rock Slope Protection) ou “riprap”. Consiste em uma ou mais
camadas de pedra que são colocadas ao longo das margens do rio ou beirando mares e
lagos como forma de prevenir a erosão. Cada camada é graduada de acordo com
porcentagens especificadas, dentro de padrões de tamanhos variados. Os enrocamentos
são flexíveis e as rochas podem se mover para posições mais estáveis pela força do
fluxo da água, ações das ondas ou da gravidade, sem necessariamente comprometer a
estabilidade de todo o talude, e o solo pode naturalmente preencher os vazios entre as
rochas (RACIN et al., 2000).
Para Teixeira (2006) os enrocamentos ou rip-raps consistem no simples
revestimento de taludes com pedras ou blocos artificiais, objetivando a formação de um
maciço de pedras arrumadas ou jogadas; ou blocos arrumados, destinados a proteger
aterros, encostas, taludes, margens de rios, dos efeitos da erosão.
Os enrocamentos quando submetidos a uma variação de tensões, sofrem
transformações estruturais devida ao deslocamento, rotação e quebra de partículas. Para
ter em conta estas variações e a sua influência nas características de deformação e
resistência é necessário estudar a distribuição das forças de contato e os fundamentos da
quebra de partículas (CRUZ, 1996). Nesta situação, há a necessidade de implantar
dispositivos para impedir o solapamento da base da camada por erosões do fluxo do rio
e, conseqüentemente, na ruptura da camada de enrocamento de proteção.
A espessura do revestimento e as dimensões das pedras devem ser tais que
resistam ao movimento causado pela correnteza e evitem a erosão do solo da base
(BRIGHETTI e MARTINS, 2001).
2.2.3 Bioengenharia de Solos
Entre as atuais técnicas utilizadas para o controle dos processos erosivos está a
bioengenharia de solos. Esta técnica consiste no uso de elementos biologicamente ativos
13
em obras de estabilização do solo e sedimentos. Esses elementos podem ser vegetação,
conjugados a elementos inertes como: rochas, concreto, madeira, ligas metálicas,
polímeros naturais e sintéticos, biotêxteis dentre outros (KRÜEDENER, 1951;
SCHIELTZ e STERN, 1996).
Segundo Schiechlt e Stern (1996), as técnicas de bioengenharia devem ser
utilizadas como medidas de proteção e recuperação de margens de corpos d água para
suplementar os métodos convencionais de engenharia civil a fim de se obter uma maior
eficiência da obra. E ressaltam que, sob certas condições, técnicas de bioengenharia
podem substituir inteiramente métodos tradicionais, demonstrando-se ainda mais
efetivos que estas técnicas.
Os autores citados realizaram estudos utilizando a bioengenharia de solos em
margens de corpos d'água, o uso de estruturas rígidas para a proteção da faixa de
oscilação da cota do rio, a exemplo de enrocamentos, gabiões e colchões-reno.
Para Sutili (2007) a bioengenharia apresenta-se como alternativa aos modelos
tradicionais, trazendo soluções aos problemas, quando corretamente empregadas,
trazendo ganhos estéticos e ecológicos e normalmente uma maior viabilidade
econômica.
As funções e efeitos de uso de técnicas de bioengenharia englobam três
aspectos: técnico, estético e econômico. Existem muitas pesquisas no campo da
bioengenharia nos EUA e Europa sobre o controle de erosão de vertentes em estradas,
reservatórios de água e canais artificiais, superfícies de campos agrícolas, grandes
voçorocas, taludes ou vertentes de morros, e até como aprimoramento estético urbano
(GRAY e SOTIR, 1996).
No Brasil, ainda há pouca utilização e pesquisa, e ainda assim estas são restritas
a reservatórios artificiais e taludes em estradas. A utilização em grandes rios é bastante
complicada devido à complexidade da erosão fluvial nestes ambientes, que envolve
vários agentes, fatores e processos, sendo extremamente difícil quantificar suas causas,
seja ela natural ou induzida pelo homem. Para a aplicação desta técnica em grandes rios,
é necessário anteriormente, que sejam trabalhadas pesquisas científicas com ensaios
experimentais em diferentes situações (GOMES, 2005).
Segundo Gray e Sotir (1995), toda erosão apresenta um aspecto visual negativo
mostrando sinais de abandono, perigo e degradação ambiental, e na maioria das vezes
14
carreando sedimentos para os cursos d’água, contribuindo para assoreá-los e
lavando/retirando a camada fértil de solo (SILVA 2008).
Sutili (2007), concluiu que os problemas que a bioengenharia de solos pretende
mitigar ou solucionar estão na dependência de uma série de fatores processuais
condicionantes, como, por exemplo: o clima, a geologia, o solo, a hidrografia e a
vegetação local. Esses fatores condicionantes e seus agentes (água, vento, temperatura e
homem) devem ser precisamente considerados.
2.3 Geossintéticos
Costa et al. (2007) definem os geosintéticos como produtos poliméricos,
sintéticos ou naturais, industrializados e desenvolvidos para aplicação em obras de
Engenharia Civil.
De acordo com a NBR 12.553: Geossintéticos – Terminologia (ABNT, 1997), os
geossintéticos podem exercer uma ou mais funções em uma obra de engenharia, como
as destacadas a seguir:
Separação – evitar a mistura ou interação de materiais adjacentes;
Reforço – utilização das propriedades mecânicas de um geossintético para a
melhoria do comportamento mecânico de uma estrutura geotécnica;
Proteção – limitação ou prevenção de danos a elementos de obras geotécnicas;
Drenagem – coleta e condução de um fluido pelo corpo de um geossintético;
Filtração – retenção de um solo ou de outras partículas, permitindo a passagem
livre do fluido em movimento;
Impermeabilização – Bloqueio ou desvio de fluidos;
Controle de erosão superficial – prevenção de erosão superficial de partículas
de solo devido a escoamento superficial de um fluido.
A cada dia, novos geossintéticos são desenvolvidos. Deste modo alguns ainda
não foram devidamente definidos ou classificados (CUNHA, 2006). A Figura 1
apresenta exemplos dos geossintéticos mais utilizados em obras de acordo com a NBR
15
12.553: Geossintéticos – Terminologia (ABNT, 1997).
Figura 1. Geossintéticos empregados com maior freqüência em obras geotécnicas
(VERTEMATTI, 2004).
Geocompostos
Geocélula
Geogrelhas
Georrede
GeoTêxtil não-tecido
agulhado
Geomembrana
Geomanta
Tela para Gabião
Geodreno
GeoTêxtil tecido
16
2.4 Geomantas
Figura 2. Geossintéticos para controle de erosão (VERTEMATTI, 2004).
Quando são de natureza temporária, os geossintéticos, que podem ser chamados
de TERMS (Temporary Erosion and Revegetation Materials), facilitam o
desenvolvimento da vegetação quando degradados. A composição básica dos TERMS
se baseia em componentes sintéticos ou naturais, que fornecem controle temporário
contra a erosão e facilitam o estabelecimento da vegetação (THEISEN, 1992).
A aplicação das mantas sobre a superfície a ser recuperada confere proteção
imediata contra o efeito dos agentes erosivos e dos processos de deslocamento e
mobilização de partículas, como: áreas recém-terraplenadas, taludes de corte e aterro,
dunas não estabilizadas, margem de rios e canais, áreas com recobrimento deficiente da
vegetação, proteção de dispositivos de drenagem, áreas de disposição de resíduos
industriais, aterros sanitários e quais quer superfícies de solo desprotegidas contra a
ação dos processos erosivos (DEFLOR, 2006).
À medida que os geossintéticos criam condições para o restabelecimento dos
elementos orgânicos das encostas e da vida na superfície do solo, promovem a
renovação da qualidade visual do cenário (FORTES, 2000). A composição, a escolha
deve ser realizada com base nas necessidades de cada projeto de recuperação e proteção
ambiental.
Geossintéticos para controle de erosões
Temporários
Permanentes
Associados a materiais inertes
Redes de Juta, fibras vegetais, etc.
Georredes ou Geogrelhas.
Associados a vegetação
Geomanta para reforço da
vegetação
Geomantas preenchidas com
solo para controle de erosão.
Geocélulas preenchidas com
solo e vegetação
Geocélula preenchida com brita ou
concreto
Sistemas de Blocos articulados
Gabiões e enrocamento
Geoformas preenchidas com
argamassa
17
A fibra de coco, também chamada COIR, é uma massa fibrosa castanho-
avermelhada contida entre a casca externa do coco e o invólucro externo do núcleo. O
coqueiro, palma de coco ou “coconut palm” é talvez a árvore mais conhecida dos
trópicos e uma das mais importantes economicamente. O coqueiro cresce nas costas
arenosas através dos trópicos e na maioria das regiões subtropicais. O côco é cultivado e
utilizado na Índia e na Ásia Continental há pelo menos 3000 anos e chegou ao Brasil
pela colonização portuguesa (PINO, 2005).
Amim et al. (2001), citados por Santos (2006), afirmam que as fibras do coco
são constituídas de matérias lignocelulósicas, obtidos do mesocarpo do côco (Cocus
nucifera), possuem grande durabilidade, atribuída ao alto teor de lignina (41 a 45%),
quando comparadas com outras fibras naturais. As fibras normalmente devem ser
adicionadas em matérias cujo processamento seja inferior a 220ºC, pois acima dessa
temperatura, observa-se a degradação das mesmas. As fibras vegetais apresentam um
menor custo, são materiais de fonte renovável e biodegradável.
O sisal é uma das fibras naturais mais utilizadas mundialmente, sendo o Brasil
um dos maiores produtores. A utilização principal da fibra de sisal é na fabricação de
cordas, barbantes, tapetes, saco, bolsas, bem como em artesanato; além disso tem
utilização industrial na fabricação de pastas celulósica, que dá origem ao papel Kraft, de
alta resistência , e a outros tipos de papel fino. O sisal tem apresentado uma serie de
vantagens que já estão viabilizando sua aplicação em várias indústrias do ramo
automobilístico e da construção civil no Brasil (FÁVARO et al., 2006).
2.5 Degradações dos materiais
A degradação dos geossintéticos pode ser entendida como qualquer reação
química destrutiva dos polímeros, que pode ser causada por agentes físicos, químicos
e/ou biológicos (MATHEUS, 2002).
Berna (1991), afirmou que a degradação como qualquer processo produzido pela
interação entre um material e um ambiente, alterando a estrutura do material e de suas
propriedades dimensionais, mecânicas, elétricas, químicas ou térmicas.
De Paoli (2008), definiu degradação como sendo qualquer reação química que
altera a qualidade de interesse de um material polimérico ou de um composto
polimérico. Como “qualidade de interesse” entende-se a característica inerente ao uso
18
de um determinado artefato polimérico. Podem ser considerados, por exemplo, a
flexibilidade, a resistência elétrica, o aspecto visual, a resistência mecânica, a dureza,
etc.
Os polímeros podem sofrer degradação através de vários mecanismos e pode
acontecer de forma rápida ou gradual, o que vai depender das condições a que estes
estão submetidos e, principalmente, da sua natureza química (MORAES, 2006).
O principal objetivo do estudo da degradação dos materiais é prever o
comportamento dos materiais em longo prazo, para que seja possível definir sua vida
útil, ou seja, sua durabilidade. Através do estudo da durabilidade é possível definir e
adequar à utilização dos materiais de construção em função das características
intrínsecas e do meio ambiente exógeno (SALLES, 2006).
A degradação causa uma modificação irreversível nas propriedades dos
materiais poliméricos, sendo evidenciada pela deterioração progressiva de suas
propriedades, incluindo o seu aspecto visual (CUNHA, 2006). A degradação é desejável
quando se trata de processos de reciclagem em materiais biodegradáveis (RABELLO,
2000). Quando se trata de polímeros naturais com função definida em tempo.
A degradação das fibras vegetais surge como resultado da perda de aderência
química ou mecânica, ou seja, pela quebra das ligações de hidrogênio das moléculas
celulares, deterioração das microfibrilas e/ou fibrilas da fibro-célula (TOLEDO, 1993).
Abramento (1995) relatou que a degradação da geomanta está relacionada à
durabilidade e ao comportamento a longo prazo destes em obras civis, que podem ser
avaliados de Três maneiras:
por meio da avaliação do desempenho do material durante e após a sua
utilização (exumação e ensaios);
por meio de simulações em laboratório;
por meio da verificação da durabilidade do polímero constituinte a partir de
métodos utilizados em outras áreas industriais, onde também se utilizem
materiais poliméricos.
Um dos maiores problemas a ser enfrentado é a baixa resistência à degradação
oxidativa na etapa de processamento e/ou na exposição prolongada ao intemperismo
19
(AGINELLI, 1992). O mesmo autor sugere ainda que se deva avançar no conhecimento
dos mecanismos que conduzem à degradação, permitindo que eficientes sistemas de
estabilização sejam formulados.
2.6 Agentes de Degradação
A degradação de um material polimérico pode ser causada pela ação de um ou
mais agentes (CUNHA, 2006). Nas degradações por agentes combinados, a análise
torna-se muito complexa, caracterizando em geral situações muito severas. Os
principais agentes de degradação de materiais poliméricos são:
Agentes físicos: radiação e outras radiações (raios α, β e γ), temperatura e atrito
mecânico intenso (danos mecânicos)
Agentes químicos: água, ácidos, bases, solventes e outros agentes químicos,
oxigênio, ozônio e poluentes atmosféricos.
Agentes biológicos: microorganismos, tais como fungos e bactérias.
2.7 Mecanismos de degradação dos geossintéticos
O principal objetivo dos ensaios de degradação é submeter o material à
exposição no campo e no laboratório, para posterior determinação da variação das
propriedades físicas, químicas e mecânicas do material em diferentes níveis de
degradação (SALLES, 2006).
Segundo Carneiro et al. (2006), a exposição aos diversos fatores climáticos é
uma das principais causas de degradação dos geotêxteis, podendo provocar alterações
estruturais nos materiais e, conseqüentemente, afetar a sua durabilidade. Ao ar livre,
encontram-se permanentemente sujeitos à ação de diversos fatores climáticos, tais como
a radiação solar, as variações de temperatura, a chuva, a umidade, o gelo, o vento, entre
outros.
2.7.1 Degradação pela Radiação Ultravioleta
Existem muitas evidências que o mais importante fator ambiental responsável
pela degradação dos materiais poliméricos é a radiação solar, especialmente a radiação
20
ultravioleta presente no espectro solar (ROSA, 1996).
Cunha (2006) mencionou que os polímeros reagem de maneira diferente à
fotodegradação, podendo-se ter variações de sensibilidade a tal efeito, que resultam das
diferenças em suas estruturas moleculares e composição química.
Feldman (2002) afirmou que a exposição à luz solar é considerada como uma
das principais causas de degradação prematura de vários polímeros. A radiação solar
que atinge a superfície terrestre possui comprimentos de onda compreendidos entre os
295 nm e os 3000 nm. No entanto, apenas as faixas com comprimentos de onda situados
na zona ultravioleta (295-400 nm) são suficientemente energéticos para iniciar o
processo de degradação polimérica dos geotêxteis.
A radiação ultravioleta (comprimento de onda entre 100 e 400 nm,
correspondente a cerca de 5% da radiação solar) é uma das principais fontes causadoras
da degradação em polímeros (RABELLO, 2000).
Berre e Lala (1989), citados por Rodrigues (2007), argumentaram que a radiação
ultravioleta é um dos fatores mais efetivos para a degradação dos materiais orgânicos
através da fotooxidação. Esse é um fator decisivo com respeito ao tempo de vida de
polímeros que são expostos ao tempo. A radiação ultravioleta causa modificações
químicas irreversíveis que afetam as propriedades mecânicas de materiais orgânicos.
Essa degradação pode tornar os materiais quebradiços com perda de resistência e
mudança de cor.
2.7.2 Degradação Biológica
A biodegradação de um polímero é o processo natural em que materiais
poliméricos no meio são convertidas a componentes simples, tais como carbono e
nitrogênio, que serão posteriormente mineralizados e redistribuídos através de ciclos
elementares. Podemos dizer também que a biodegradação dos polímeros é um processo
no qual bactérias, fungos e leveduras utilizam suas enzimas que consomem substâncias
destes como fonte de alimento modificando a forma original do material até seu
desaparecimento (ROSA, 2002).
Para Lodi (2003) a degradação biológica resulta da ação de microorganismos
vivos em contato ou próximos aos geossintéticos. Esses organismos podem ser plantas,
21
animais, ou protistas. Sua cinética e modo de ação dependem, sobretudo, da atividade
dos organismos (nutrição e reprodução).
Abramento (1995) comentou que em alguns ambientes a ação de
microorganismos é mais acentuada que em outros, como no caso dos aterros sanitários,
quando o material fica inserido em um ambiente susceptível a vários agentes
microbiológicos. Vários são os fungos e bactérias que ficam alojados no interior ou na
superfície dos geossintéticos. No entanto, não são observadas mudanças significativas
de comportamento dos geossintéticos antes e após a permanência em ambiente com a
presença de fungos ou bactérias (MATHEUS, 2002). Toledo (1993) observou que a
longa exposição das fibras vegetal a ambientes úmidos leva à sua decomposição
biológica.
2.7.3 Degradação por Temperatura
De um modo geral os materiais geossintéticos não apresentam grandes
problemas relacionados à temperatura do ponto de vista da degradação, a menos que
sejam submetidas a altas temperaturas de trabalho (MATHEUS, 2002).
Rodrigues (2007) apontou como uma desvantagem dos polímeros naturais a
baixa temperatura de processamentos das fibras devido a possibilidade de degradação a
temperaturas superiores a 200º C.
A temperatura, além de ser responsável pela ativação da oxigenação, é também a
responsável pela velocidade da degradação. Os ensaios desenvolvidos para este caso,
também chamados de envelhecimento acelerado, consistem basicamente em se colocar
as amostras em uma estufa com temperatura controlada. A temperatura é aumentada
gradativamente até que ocorra a deterioração da amostra, definida pela alteração da
aparência, peso, ou outras propriedades característica dos geossintéticos (KOERNER,
1994).
Os ensaios também podem ser realizados com temperatura constante. Para
alguns polímeros a temperatura utilizada é igual a sua temperatura de transição vítrea,
que é a temperatura a partir da qual o material amorfo readquire gradualmente sua
mobilidade. A temperatura é aplicada por um determinado intervalo de tempo, até que a
propriedade principal do polímero analisado se modifique. Os dados de tempo,
temperatura e resistência são inseridos no modelo de Arrhenius e extrapolados para
22
tempos longos. Tem-se, então, uma previsão de tempo que aquele material a uma
temperatura igual a 20º C, vai levar para ter sua resistência diminuída de 50%. Este
ensaio é normalizado pela norma UL 746B, 1979 – Polymeric Materials – Long Term
Property Evaluations (MATHEUS, 2002).
2.7.4 Degradação por Danos Mecânicos
Conhecidos na literatura como danos de instalação, os danos mecânicos podem
ser definidos como todo tipo de alterações que o material sofre devido aos esforços
provenientes do manuseio, instalação, compactação do solo sobrejacente e outros tipos
de esforços ocorridos durante a fase de serviço (CUNHA, 2006).
O dano mecânico pode ser definido como a transformação da estrutura do
geossintético causada por esforços durante o manuseio e instalação do material e
durante a compactação do solo sobrejacente (SIEIRA, 2007).
Para Tretini e Vidal (2002) durante o processo de instalação, os geossintéticos
estão sujeitos a danos mecânicos, provocados principalmente por queda de materiais
pontiagudos, passagem de máquinas e operários e pela própria seqüência construtiva da
obra.
Estes danos são avaliados pela exumação de espécimes do material recém
instalado e ensaios para comparação de resistência mecânica no material intacto. Desta
forma pode-se determinar o fator de redução definido pela relação entre a resistência do
material intacto e a resistência do material danificado (MATHEUS, 2002).
2.7.5 Degradação por Hidrólise
Abramento (1995) explicou que a hidrólise se dá com a ruptura das cadeias
moleculares poliméricas pela ação das moléculas de água. Com o passar do tempo os
polímeros geralmente apresentam uma tendência à absorção de água. Afirma ainda que
ambiente neutro não há problema de degradação, porém em ambientes altamente ácidos
ou alcalinos a degradação por hidrólise pode acontecer.
Os ensaios de degradação por hidrólise utilizam técnicas de concentração e
temperaturas elevadas para acelerar o processo, como, por exemplo, a análise da perda
de resistência de geotêxtil não-tecido de poliéster por hidrolise em meio alcalino ou por
23
hidrólise em outros tipos de ambientes degradantes, comparando-se amostras virgens
com amostras degradadas (MATHEUS, 2002).
2.8 Procedimentos de Degradação
Para um material submetido à degradação, com o tempo é possível verificar e
quantificar o nível de deterioração e o conseqüente nível de redução das propriedades
iniciais (CUNHA, 2006).
Rosa (1996) ressaltou que os polímeros apresentam uma gama de propriedades e
em muitas aplicações estão sujeitos ao intemperismo. Assim, como os ensaios de ação
de intemperismo se baseiam em causa e efeito, nem sempre é tão simples se identificar a
causa, uma vez que ela esta ligada ao meio em onde o material esta inserido, requerendo
preparação e planejamento adequados, inerentes às características intrínsecas do
material.
2.8.1 Degradação Natural
Ranby e RabeK (1975), citados por Rosa (1996), relataram que as primeiras
exposições de polímeros ao meio ambiente fora realizadas utilizando-se matérias
durante suas aplicações, tendo sido considerado a princípio, como fator básico da
avaliação, apenas a localização geográfica. À medida que a pesquisa avançava outros
fatores, tais como a direção da exposição da amostra à radiação solar e o ângulo de
inclinação destas amostras, passaram a ser levado em conta. A partir de então surgiram
vários métodos para avaliação da resistência de materiais expostos ao meio ambiente,
geralmente destinados a aplicações específicas.
Martins (2000) destacou que cuidados especiais devem ser tomados em relação
às etapas de instalação dos geossintéticos ou em ambientes particularmente agressivos,
como no caso de solos orgânicos ou de elevada salinidade.
Agenelli et al. (1992) mencionaram que um dos maiores problemas a ser
enfrentado na utilização de polímeros é a baixa resistência a degradação quando em
exposição prolongada a intempéries.
Quando se fala em agentes externos deve-se levar em conta o conjunto de fatores
atuantes, concomitantemente ou não, que degradará o material, isto é, a ação dos raios
24
ultravioleta, do vento, da umidade, do frio, do calor, da chuva, entre outros. Tais fatores
e a sua repetibilidade determinarão a degradação do material (CUNHA, 2006).
Feldman (2002) relatou que a degradação que ocorre ao ar livre sob a ação da
radiação solar e na presença de oxigênio depende da natureza do polímero, do
comprimento de onda da radiação UV incidente, da intensidade da radiação e de outros
fatores como a temperatura, a umidade e a presença de espécies metálicas. A
degradação natural dos materiais poliméricos é acelerada pelo aumento da temperatura e
pela existência de um alto teor de umidade. Embora a água não seja destrutiva por si
própria, faz com que o oxigênio dissolvido esteja em permanente contacto com os
materiais, estando deste modo mais facilmente disponível para promover a oxidação. Os
materiais expostos ao ar livre encontram-se freqüentemente molhados devido à
ocorrência de condensação na sua superfície (orvalho) e à chuva (CARNEIRO et al.,
2005). Os autores ainda destacam que as condições climáticas de determinado local
podem sofrer variações de ano para ano ou durante as diferentes estações do ano. A
exposição no Verão, devido às elevadas temperaturas e ao aumento da radiação UV que
atinge a superfície terrestre, é mais severa para os materiais que no Inverno. A radiação
UV incidente varia dependendo do local geográfico, da existência de nuvens e/ou
nevoeiro, da proximidade de ambientes industriais, entre outros fatores. Assim, é
indispensável que exista um monitoramento contínuo de alguns parâmetros
meteorológicos, tais como a radiação UV incidente, a temperatura, a umidade relativa, a
quantidade de chuva, a velocidade do vento, entre outros. Apenas deste modo é possível
comparar os resultados obtidos num dado local geográfico com resultados obtidos
noutros locais ou mesmo com resultados obtidos em simuladores laboratoriais.
Gabriela (2006), estudando formas de quantificar a radiação UV e a influência
de parâmetros temporais, geográficos e atmosféricos, concluiu que a posição geográfica
tem influencia marcante sobre a sazonalidade dos níveis de raios UV e que cidades
localizadas mais próximas a linha do equador apresentam níveis praticamente
constantes durante todo o ano, já as cidades mais ao sul apresentam diferenças
marcantes de inverno a verão.
Carneiro (2006) observou alteração na cor de geotêxteis submetidos à
degradação natural, atribuída ao acúmulo de pequenas partículas nas fibras. Observou
também que após 3 e 6 meses de exposição o material não apresentava nenhum sinal de
degradação, e que, aos 9 meses de exposição era possível observar a liberação de
25
pequenos pedaços de fibras indicando a ocorrência de despolimerização. Após 12 meses
de exposição o autor observou que a estrutura apresentava-se bastante danificada tendo
ocorrido diminuição considerável da espessura do material.
2.8.2 Degradação Acelerada em Laboratório
A degradação artificial é realizada em laboratório procurando-se simular
condições ambientais adversas por meio de componentes elementares: luz ultravioleta,
calor, umidade e oxigênio, que atuam sobre os materiais provocando a degradação.
De acordo com Rosa (1996), não existe um consenso sobre degradação
acelerada em laboratório, pois alguns opositores a esse tipo de procedimento afirmam
que a diversidade de situações encontradas na natureza e suas interações com o material
são as maiores razões para a complexidade dos processos de degradação. Desta forma,
as condições escolhidas em laboratório produzem apenas algumas condições peculiares.
Porém, cabe ressaltar que os testes de degradação artificial, quando comparados com
aqueles encontrados em campo, em situações reais de uso, podem produzir boas
correlações que auxiliam na definição da vida útil dos materiais.
2.8.3 Procedimentos de Degradação Acelerada em Laboratório
Vários tipos de equipamentos vêm sendo desenvolvidos visando a simulação de
condições ambientais diversas. Estes equipamentos podem ser desde uma simples
bancada para ensaios de choque térmico até complexas instalações automáticas, usadas
para avaliação do comportamento de materiais pela ação em conjunto ou individual de
unidade de calor, luz e agentes atmosféricos diversos (ROSA, 1996).
2.8.3.1 Radiação Ultravioleta
Segundo Cunha (2006) os atuais testes com radiação ultravioleta são realizados
com equipamentos denominados Weather-Ometer, os quais reproduzem condições
climáticas semelhantes àquelas encontradas na natureza. Assim, as amostras dos
materiais poliméricos são submetidas a ciclos de exposição com luz, temperatura e
umidade.
26
Suits e Hsuan (2003), citados por Matheus (2002), especificaram os métodos
ASTM D5970 e D4355 e o método de ensaio GM11 do GRI (Geosynthetics Research
Institute) para a fotodegradação de geossintéticos. O método de ensaio GM11 utiliza
lâmpadas fluorescentes com emissão de raios ultravioleta e apresenta uma pequena
diferença no ciclo de ensaio quando comparada à metodologia proposta pelo método
ASTM G53 (atual G154).
Rabelo (2000) apontou que as vantagens da degradação acelerada fazendo uso
da da radiação UV são a rapidez e reprodutibilidade do ensaio, enquanto sua grande
desvantagem é a dificuldade de correlacionar os dados obtidos com as condições
naturais, além da não uniformidade de exposição em diferentes locais da peça,
diminuição na emissão de UV com o tempo de uso, maior custo, limitação de espaço
físico entre outras.
Gabriela (2006) encontrou dificuldade em comparar a degradação por raios
ultravioleta de diferentes polímeros, pois os ensaios encontrados na literatura não
continham as mesmas condições de estudo, como tempo de exposição e intensidade da
lâmpada utilizada, ou ainda havia ausência dessas informações.
Carneiro (2006), submetendo geotêxteis à degradação acelerada em laboratório
através de raios UV intercalados com simulação de chuvas, observou que após 350
horas de exposição que ocorreu uma severa degradação obtendo uma resistência nula a
tração.
Cazzuffi et al. (1994), citados por Cunha (2006), relataram que vários ensaios
têm sido realizados para quantificar a intensidade de danos causados a materiais
poliméricos, chegando a resultados que demonstram haver boas correlações entre perdas
de resistência para situações de campo e laboratório. Os ensaios também mostram que
cerca de 2000 horas de exposição aos raios ultravioleta UV-B degradam completamente
polímeros tais como o poliéster o polipropileno, e ainda que, fatores como estrutura das
fibras dos geotêxteis e espessuras de geomenbranas e geogrelhas são importantes e
podem influenciar na degradação, visto que, a radiação ultravioleta atinge os materiais
em uma camada superficial.
Gabriela (2006) analisou os resultados do modelo UVGAME para irradiâncias
solar UV comparando com os valores da potência usada no envelhecimento de
polímeros submetidos a ensaios de resistência na literatura, evidenciando sua
27
degradação. Esta comparação mostrou que, em relação aos fluxos UV, o poliestireno,
por exemplo, tem vida útil 30% maior nos meses de menor incidência de radiação solar
(jun/jul/ago) do que nos meses de verão. Também foi possível observar que nos meses
de inverno o poliestireno pode se degradar, em média, 52% a mais em cidades de maior
latitude, como Porto Alegre, comparada a cidades de maior latitude, como Manaus.
2.8.3.2 Ciclos de Saturação e Secagem
Minette (1982) afirmou que este procedimento é utilizado normalmente para
materiais rochosos. Tenta reproduzir, no laboratório, a alteração do material provocada
pelas variações da umidade e da temperatura do material no campo. As condições de
alteração no laboratório não são as mesmas que as condições de alteração no campo. No
entanto, os resultados indicados na literatura, mostram que o procedimento pode ser
representativo das condições de alteração no campo.
2.9 Ensaios de Resistência Mecânica
As propriedades mecânicas de polímeros são medidas em ensaios de tração,
flexão, compressão ou impacto. Usam-se corpos de prova com dimensões padronizadas
e definidas por normas. A variação das propriedades mecânicas fornece evidências
indiretas do processo de degradação, pois muitas vezes não há interesse nas mudanças
químicas que estão ocorrendo, ou não há como detectá-las diretamente (De PAOLI,
2008).
2.9.1 Resistência a tração não confinada
George (1995), trabalhando com poliestireno relatou que este material apresenta
uma rápida perda de resistência a tração quando tracionada em 20% de seu limite. Foi
observada em uma comparação de duas semanas que o poliestireno exposto com tensão
perdeu 40% da resistência a tração, enquanto o poliestireno exposto naturalmente
perdeu 4%.
Joseph et al., (2003) citados por Rodrigues (2007), afirmaram que as
propriedades mecânicas dependem da orientação das fibras, no qual o desempenho
estrutural pode ser avaliado por análises mecânicas na direção do alinhamento das fibras
28
em diferentes frações de volumes das fibras.
Martins (2000) observou que o comportamento tensão-deformação dos
geossintéticos é afetado em larga escala pelos efeitos de fluência e por sua maior ou
menor resistência a quaisquer danos de natureza física, química ou biológica.
Tretini e Vidal (2002) atribuíram o comportamento mecânico extremamente
heterogêneo dos polímeros à forma de como estão arranjados, ou como são solicitados,
assim explicando a influência decisiva da variação estrutural dos polímeros.
Martins (2000) realizou teste de resistência a tração em cinco tipos de
geotêxteis, encontrando em todos os testes valores de resistência as trações inferiores
aos valores mencionados nos catálogos dos fabricantes.
Carneiro (2006) testou a resistência mecânica de geotêxteis submetidos a
degradação natural e concluiu que houve uma drástica diminuição da resistência com o
decorrer do tempo de exposição, mostrando impacto negativo dos agentes do clima na
durabilidade do material. Após 12 meses de exposição o material apresentava uma
resistência residual de apenas 6% indicando uma elevada degradação da estrutura
polimérica.
2.10.2 Resistência ao Puncionamento Estático
Os geotêxteis quando estão em contato com material granular graúdo podem
ficar sujeitos a esforços de compressão localizados. Neste caso, os esforços de
compressão gerados por grãos isolados podem causar sua perfuração (VERTEMATTI,
2004).
As biomantas quando utilizadas no auxilio a contenção de erosão do solo, estão
sujeitas a esforços localizado de compressão pelo transito de animais e pessoas, este são
definidos como esforços de puncionamento. Essa característica pode ser medida pelo
ensaio de resistência ao puncionamento estático ou dinâmico (VERTEMATTI, 2004).
29
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36
CAPÍTULO 2: Comportamento de geomantas de fibra de coco
submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada
em laboratório.
1 Resumo
A erosão marginal representa um dos mais importantes processos de degradação
das margens do trecho sergipano do Rio São Francisco. Tais processos erosivos
constituem uma realidade que reduz a área dos agroecossistemas ribeirinhos. Os
processos erosivos que atingem os cursos d’água, tem levado a adoção de práticas de
controle. Dentre os diferentes métodos de contenção desse tipo de erosão vem se
destacando a bioengenharia de solos que consiste no uso de elementos biologicamente
ativos em obras de estabilização de solos e sedimentos. Dentre os materiais construtivos
os geossintéticos vêm apresentando crescente utilização. A utilização de fibras vegetais
para a produção de geomantas (biomantas) tem crescido por apresentar uma
combinação de adequadas propriedades mecânicas e vantagens ambientais. Neste
sentido, o presente trabalho apresenta um estudo experimental para avaliação do
comportamento de geomantas constituídas de fibra de coco submetidos à diferentes
métodos de degradação. As geomantas foram expostas a processos de degradação
natural no campo e acelerada no laboratório. No laboratório foram realizados
procedimentos de degradação por exposição à radiação ultravioleta e ciclos de saturação
e secagem. Foi realizada a avaliação da variação dos principais parâmetros dos
materiais com o tempo e procedimentos de degradação. Os parâmetros foram obtidos
através de ensaios de resistência à tração não-confinada e de resistência ao
puncionamento estático. Os resultados mostram a redução da resistência mecânica nas
geomantas estudadas, devido aos processos de degradação aplicados, além de mudanças
no aspecto visual dos materiais. A geomanta de fibra de coco mostra-se com baixa
resistência a degradação natural em campo, e com moderada resistência aos
procedimentos de degradação em laboratório.
Palavras chave: Geotêxtil, Controle de Erosão, Bioengenharia de Solos.
37
CHAPTER 2: Coconut fiber geotextile behavior under natural
degradation and laboratorial sped up.
2 Abstract
The riverbank erosion represents one of most important degradation problems at
São Francisco’s riverbank at Sergipe state. Such erosive processes constitute a reality
that reduces the agroecossystems area. The erosive processes that reach the water
courses, have taken the adoption of practical of control. Between the different methods
to control this type of erosion it comes detaching soil bioengineering, that consists of
the use of biological active elements in workmanships in soil and sediments
stabilization. The geosynthetics come presented increasing use, earning prominence
those that are manufactured with vegetal staple fibres. These geotextile has increase for
presenting an ambient combination of adequate mechanical properties and advantages.
In this way, this work presents an experimental study for evaluation of the behavior of
coconut fiber geotextile to the different methods of degradation. Geotextile had been
displayed the natural degradation in situ and sped up degradation in the laboratory. In
the laboratory procedures of degradation for exposition to the ultraviolet radiation and
cycles of saturation and drying had been carried through. It was carried through the
evaluation of the variation of the main parameters of the materials with the time and
procedures of degradation. The parameters had been gotten through assays of not-
confined tensile strenght and resistance to the static punctionning. The results show the
reduction of mechanical resistance in geotextile studied, had to the applied processes of
degradation, beyond changes in the visual aspect of the materials. Coconut fiber
geotextile reveals with low resistance to the natural degradation “in situ”, and with
moderate resistance to the procedures of degradation in laboratory.
Keywords: Geotexile, Erosion Control, Soil Bioengineering.
38
3 Introdução
A erosão marginal, como componente da erosão fluvial, é uma variável da
dinâmica dos cursos d´água, definida como o “recuo linear das margens”, devido à
remoção dos materiais do barranco (talude) pela ação fluvial (correntes, ondas) ou por
forças de origem externa (precipitação). Bandeira (2005) destaca que a erosão marginal
tem destruído, no Baixo São Francisco, os diques de proteção contra as cheias, casas,
obras de engenharia e estradas, diminuindo a área dos perímetros irrigados e de faixas
de terra agricultáveis, implicando na perda de produção agrícola e piscícola, decréscimo
da produtividade, inundação de povoados e ônus extras com obras de infra-estrutura.
Nesse trecho da Bacia Hidrográfica do Rio São Francisco esse é um dos mais
importantes processos de degradação das suas margens, causa e efeito da retirada da
vegetação ciliar, demandando ações de controle para a estabilização dos taludes
marginais.
A realidade dos processos erosivos que atingem os cursos d’água, sobretudo
daqueles que sofreram maiores perturbações, tem levado a adoção de práticas de
controle sejam por método empíricos por iniciativa da população ribeirinha ou pela
adoção de obras de engenharia ou uso da bioengenharia de solos.
O propósito fundamental da estabilização e proteção de margens de cursos
d’água, sob o ponto de vista hidráulico, é manter a seção do curso d’água estável e
dentro dos limites estabelecidos para sua utilização, seja como via de navegação
(proteção de portos, ancoradouros e acesso a eclusas), componente de um sistema de
drenagem (proteção de pistas de tráfego junto às margens, pontes, encontros e acessos),
aproveitamento hidrelétrico (proteção de tomadas d’água e estruturas de descarga) ou
abastecimento de água (proteção de propriedades às margens do curso d’água)
(BRIGHETTI e MARTINS, 2001).
A possibilidade de controle da erosão marginal se apresenta de diversas formas.
Destacam-se duas delas: o uso de enrocamentos, embora apresentem uma boa eficiência
no controle da erosão, são bastante onerosas, impossibilitando o seu uso de forma ampla
em toda a margem do rio, e o uso da bioengenharia de solos, técnica eficiente e
economicamente viável, menos agressiva ao ambiente e que promove o envolvimento
das populações ribeirinhas na sua implantação e condução (ROCHA, 2006).
A bioengenharia de solos consiste no uso de elementos biologicamente ativos
39
em obras de estabilização de solos e sedimentos. Esses elementos podem ser vegetação,
conjugados a elementos inertes. As técnicas de bioengenharia vão desde a utilização de
apenas materiais de construção vivos (vegetação herbácea, arbustiva e/ou arbórea), aos
consórcios com geotêxteis, concreto, madeira, ligas metálicas, retentores orgânicos de
sedimentos e sistema de confinamento celular de polietileno. Entretanto, deve-se evitar
a utilização de materiais de construção rígidos como aço, concreto e plástico, devendo
ser limitados em seções em que os métodos vegetativos se mostrem inadequados para
prevenção da erosão (GRAY e SOTIR, 1996). As geomantas potencializam os efeitos
protetores da vegetação na redução de processos erosivos, permitindo o estabelecimento
da vegetação em situações adversas (CEMIG, 2002). As geomantas são tridimensionais,
flexíveis e altamente porosas. Foram concebidas para reter o solo e permitir o adequado
desenvolvimento do sistema radicular da vegetação presente na área. Uma vez
consolidado, o sistema proporciona resistência ao fluxo e retenção do solo. As
diferenças entre estes produtos e as geomantas preenchidas com solo para controle de
erosão são muito pequenas. Estas mostram-se mais densa e menos espessas, e são
dispostas no terreno já associadas com solo de preenchimento. As geomantas para
reforço da vegetação são dispostas sobre o terreno e depois preenchidas (semeadas) e
cobertas com solo vegetal (VERTEMATTI, 2004).
A utilização de fibras vegetais para a produção de geomantas (biomantas) são,
geralmente, por demonstrarem uma combinação de boas propriedades mecânicas e
vantagens ambientais. O interesse está relacionado com as propriedades e características
das fibras vegetais, podendo-se destacar o baixo custo, baixa densidade, flexibilidade no
processamento e uso de sistemas simples quando o tratamento superficial se faz
necessário. Alem disso, as fibras vegetais são fontes renováveis (MORAIS et al., 2006).
Segundo os autores os polímeros podem sofrer degradação através de vários
mecanismos podendo acontecer de forma rápida ou gradual, a depender das condições a
que estes estão submetidos e, principalmente, da sua natureza química.
O interesse por fibras vegetais está relacionado com as propriedades e
características das fibras vegetais, podendo-se destacar o baixo custo, baixa densidade,
flexibilidade no processamento e uso de sistemas simples quando o tratamento
superficial se faz necessário. Alem disso, as fibras vegetais são fontes renováveis. A
rigidez do material é de enorme importância para a sua estabilidade. Usualmente
podemos comparar o comportamento mecânico das fibras pelo seu módulo da
40
elasticidade (Morais et al., 2006).
Apresenta-se de grande importância o conhecimento sobre a resistência dessas
fibras para um melhor planejamento de uso, principalmente devido ao fato de que as
geomantas estão, em condições de campo, sujeitas a suportar movimentos de massa de
solo nos taludes dos cursos d´água. Esse fato remete à necessidade de se conhecer como
se dá a sua degradação ao longo do tempo de implantação da vegetação ciliar. A
degradação manifesta-se através da redução da resistência mecânica devido à ação dos
agentes físicos, químicos e biológicos (FARJALLAT, 1972 citado, por SALLES, 2006).
A importância do estudo da degradação dos materiais se mostra na possibilidade
de se prever o comportamento dos materiais em longo prazo, para que seja possível
definir sua vida útil, ou seja, sua durabilidade. Através do estudo da durabilidade é
possível definir e adequar à utilização dos materiais de construção em função das
características intrínsecas e do meio ambiente exógeno (SALLES, 2006).
Os ensaios de degradação submetem o geotêxtil ou geomanta à exposição no
campo e/ou no laboratório, para posterior determinação da variação das propriedades
físicas, químicas e mecânicas do material em diferentes níveis de degradação. Nesse
sentido esse trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento de geomantas de
fibra de coco submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada em
laboratório buscando compreender o comportamento destes materiais e a sua
durabilidade, orientado a sua utilização em obras de controle de erosão e cursos d’água.
4 Materiais e Métodos
4.1 Caracterização da Geomanta
Para a realização dos testes de resistência foi utilizado a geomanta do tipo Tela
Fibrax 300BF, constituído em 100% por fibras de coco, entrelaçadas e incorporadas em
redes de polipropileno nos dois lados, por meio de costura longitudinal, com fios
biodegradáveis de polipropileno, com espaçamento de 5 cm entre os fios e de 6 cm entre
os pontos, formando uma trama (Figura 1), fornecidas pela empresa Deflor
Bioengenharia. Esse tipo de manta é costumeiramente utilizado em projetos de
contenção de taludes em áreas suscetíveis à erosão. Vários estudos já realizados,
(HOLANDA et al, 2008; SANTANA, 2008) comprovaram que a utilização das
41
geomantas para estabilização dos taludes conjugados com materiais inertes
apresentaram resultados significativos.
FIGURA 1: Especificações técnicas fornecidas pelo fabricante da geomanta do tipo
Tela Fibrax 300BF (DEFLOR, 2006).
4.2 Ensaios de degradação
Os ensaios de degradação dos corpos de prova da geomanta de fibra de coco
Fibrax 300BF foram realizados de forma natural em campo e de forma acelerada em
laboratório, o desenvolvimento dos ensaios de degradação se deram a partir do
especificado no Quadro 1.
QUADRO 1: Programa de ensaios mecânicos, tipos e níveis de degradação.
Ensaios
Mecânicos
Tipo de
Degradação
Nível de degradação
0
1º
2º
3º
4º
Resistência à
tração Não-
Confirmada
Intacto
( 5 )
Natural (dias)
90
180
-
( 5 )
( 5 )
-
Ciclos de
Umidade
(horas)
100
200
360
720
( 5 )
( 5 )
( 5 )
( 5 )
C-UV B (horas)
240
480
1000
2000
( 5 )
( 5 )
( 5 )
( 5 )
Resistência ao
Puncionamento
Intacto
( 5 )
Natural (dias)
90
180
-
( 5 )
( 5 )
-
Ciclos de
Umidade
(horas)
100
200
360
720
( 5 )
( 5 )
( 5 )
( 5 )
C-UV B (horas)
240
480
1000
2000
( 5 )
( 5 )
( 5 )
( 5 )
42
( ) refere-se ao número de corpos de prova para cada processo experimental.
O desenvolvimento dos ensaios de degradação conduziu-se a partir de quatro
fases:
1. Preparação do material a ser estudado, com a obtenção dos corpos de provas;
2. Degradação das amostras de forma natural no campo e de forma acelerada em
laboratório;
3. Avaliação dos parâmetros que caracterizam o comportamento do material
intacto, degradado em campo e degradado em laboratório;
4. Realização da análise dos resultados e avaliação do comportamento.
Das amostras submetidas a esta pesquisa após os processos de degradação,
foram obtidos corpos de provas intactos, ou seja, que não sofreram degradação pelos
processos apresentados, corpos degradados naturalmente, estes foram instalados em um
sítio experimental, onde sofreu degradação do meio e por último os que passaram pelos
processos de aceleração da degradação em laboratório, ciclos de saturação e secagem e
raios ultravioletas.
As amostras após passarem pelos processos de degradação foram submetidas a
ensaios de mecânicos como forma de testar sua resistência.
4.3 Preparação das Amostras
Os corpos de provas foram retirados a partir de bobinas da geomanta no tamanho
comercial, com dimensão de 20 cm de largura e 50 cm de comprimento, obtidas de
forma longitudinal a direção principal da bobina. Para corpos de prova submetidos à
degradação natural instalaram-se as geomantas em um talude marginal. Dos corpos de
provas obtidos cinco (05) foram mantidos intactos e os demais submetidos aos
procedimentos de degradação. Em seguida os corpos de provas intactos e degradados
foram submetidos aos ensaios mecânicos. Para o ensaio de tração não confinada os
corpos de provas foram recortados obedecendo a NBR 12824 ficando com as dimensão
de 20 cm de largura e 30 cm de comprimento da mesma forma os corpos que foram
submetidos aos ensaios de puncionamento estático, obedecendo ao descrito na NBR
13359 foram recortados com 7 cm de diâmetro.
43
4.4 Procedimentos de Degradação em Laboratório
4.4.1 Exposição à Radiação Ultravioleta
Para a realização deste ensaio foi construído no laboratório de Erosão e
Sedimentação do solo do Departamento de Engenharia Agronômica da Universidade
Federal de Sergipe, um aparato de degradação por radiação ultravioleta (Figura 2), o
equipamento mede 0,80 m de largura, 1,10 m de comprimento e 0,80 de altura, possui
um banco de radiação ultravioleta com duas fontes de radiação, que permite uma
capacidade para 18 corpos de provas medindo 50 cm de comprimento por 20 cm de
largura, os corpos de prova foram fixados nas paredes internas da caixa no sentido
vertical. O equipamento conta com três termostatos eletrônicos que possibilitaram
regular os ciclos de saturação condensação e ventilação, ordenando o funcionamento no
numero de horas proposto para cada ciclo.
As amostras foram submetidas a ciclos de condensação, radiação e ventilação,
procurando simular uma situação de campo de forma acelerada. O protocolo adotado
consistiu em submeter os corpos de prova a quatro horas de radiação ultravioleta a uma
temperatura de 50º C seguido por, quatro horas de condensação a 50º C, com um tempo
de ventilação de 10 minutos.
FIGURA 2: Vista geral do aparato construído para degradação com radiação
ultravioleta (a); Geomantas fixadas nas paredes (b).
4.4.2 Ciclos de Saturação e secagem
Os ensaios de saturação e secagem também foram conduzidos no Laboratório de
Erosão e Sedimentação LABES/UFS, com os corpos de prova sendo submetidos a
ciclos de duas horas de saturação e duas horas de secagem em estufa. Os corpos ficaram
submersos em água destilada e em temperatura ambiente por 2 horas em seguida foram
(a)
(b)
44
submetidos à secagem em estufa a temperatura de 100º C por duas horas. As amostras
ficavam submersas durante o período noturno como também nos momentos em que não
foram submetidas a ciclagem.
O ensaio de saturação e secagem procurou reproduzir de forma acelerada os
efeitos de variações de umidade e temperatura correntes em situação de campo. A
Figura 3 apresenta etapas do procedimento de imersão em água destilada e secagem em
estufa.
Figura 3. Corpos de prova imersos em água destilada durante ensaios de saturação
e secagem (a); geomantas submetidas a secagem em estufa a
temperatura de 100º C (b).
4.5 Procedimentos de degradação em Campo (degradação natural)
As amostras submetidas à degradação natural foram dispostas em um talude
marginal na margem direita do rio São Francisco em um sítio experimental, localizado
no Baixo São Francisco sergipano, no Perímetro Irrigado Pindoba, município de Própria
(Figura 4). A área escolhida é objeto de estudo ha vários anos do Grupo de Gestão
Hidroambiental do Baixo São Francisco, que vem realizando pesquisas com utilização
de técnicas de bioengenharia de solos na estabilização de taludes. Assim direcionando o
efeito da degradação daquela localidade sobre o material estudado.
A geomanta foi aplicada recobrindo todo o talude em uma área de 20 m
2 ,
obedecendo o procedimento normal de utilização deste tipo de material em campo, em
cada coleta foi retirados cinco corpos de prova da parte central do talude.
Considerando que o grau de degradação em campo sofre influência do ângulo de
exposição à radiação solar, as amostras obedeceram ao ângulo de inclinação do talude
(a)
(b)
45
erodido que foi suavizado antes da aplicação da geomanta. As amostras ficaram em
contato com o solo e na parte inferior (base do talude) em contato com a água do rio.
Este ensaio teve início no mês de novembro de 2008, período mais quente do
ano e geralmente com menor índice de precipitações pluviométricas, considerando que
os fatores climáticos são definidores do processo de degradação de materiais. Durante o
período de exposição da geomanta foram realizadas, classificação climática,
levantamentos das temperaturas e umidade relativa do ar, ventos, precipitação
atmosférica e radiação solar.
FIGURA 4: Fotos do sítio experimental apresentando a degradação natural em campo.
Talude após a instalação das biomantas em 15/11/2008 (a); Primeiro nível
de degradação já com a vegetação desenvolvida no dia 23/12/2008 (b);
Segundo nível de degradação apresentando a geomanta em acentuado
processo de degradação (c) e (d).
(c)
(d)
(a)
(b)
46
4.6 Ensaios Mecânicos de Resistência
As características mecânicas avaliadas remetem as características exigidas das
geomantas quando das funções na estabilização de taludes, onde são submetidas a
forças de tração, compressão, flexão entre outras.
Para a avaliação das propriedades mecânicas executou-se ensaios destrutivos do
material, de forma estática por meio de tração, compressão, flexão e cisalhamento. Nos
corpos de prova submetidos à degradação em laboratório e em campo, foram realizados
ensaios tensão vs. deformação, quantificando parâmetros como a resistência mecânica
dos materiais poliméricos, por meio da compreensão sobre a rigidez, tensão e
deformação no escoamento, tensão e deformação na ruptura e a tenacidade.
4.6.1 Ensaios de Resistência a tração não confinada
Os ensaios de resistência a tração não confinada foram realizados no Laboratório
de Tecnologia da Madeira no Departamento de Engenharia Florestal da Universidade
Federal do Paraná - UFPR. Para execução desta etapa foi utilizada a máquina universal
de ensaios mecânicos EMIC Modelo DL, com capacidade máxima de 300 kN.
Os ensaios foram realizados seguindo as orientações da NBR 12824: geotêxteis
– Determinação da resistência a tração não-confinada – Ensaio de tração de faixa larga
(ABNT, 1993).
Para fixação das geomantas na máquina de ensaios foram confeccionados um
par de garras em aço (Figura 5), as faces internas das garras foram ranhuradas tornando-
as mais aderentes, assim melhor fixando as mantas e evitando um possível
deslocamento com a aplicação das forças de tração.
47
FIGURA 5: Par de garras confeccionado para os testes de tração não confinada,
conectadas a máquina Universal de Ensaios EMIC modelo DL, com
destaque para a fixação das geomantas na realização dos testes resistência
a tração não confinada.
Foram recortadas as amostras dos corpos de prova com a dimensão de 20 cm de
largura e 30 cm de comprimento e fixadas entre as garras com o auxilio de um gabarito
de papelão. A distância entre as garras foi de 100 mm e a velocidade de deformação foi
de 20 mm/mim.
Com a execução dos ensaios gerou-se curvas de capacidade de cargas VS.
deformação e foi calculada a resistência a tração na ruptura (α max), deformação na
ruptura(ε) e a rigidez secante (J).
A carga de tração (T) é definida pela a força por unidade de comprimento que é
aplicada ao corpo-de-prova durante o ensaio.
A deformação longitudinal ε do corpo-de-prova é obtida através da Equação (1):
(1)
Onde: ε é dado em porcentagem, ΔL é a variação do comprimento em relação ao
espaçamento entre garras e L é o espaçamento inicial entre garras.
Os coeficientes de variação C.V. da carga de tração na ruptura e da deformação
longitudinal na ruptura são obtidos através da razão entre os valores de desvio padrão e
média aritmética destes parâmetros, obtidos nos diferentes ensaios.
A rigidez secante foi calculada a partir da relação entre a carga aplicada a
amostra (α ) e o alongamento sofrido ( ε ), correlacionando com a energia necessária
para deformar as ligações entre os átomos de carbono na cadeia principal. Quanto mais
rígida a cadeia polimérica, maior se apresenta a rigidez J.
4.6.2 Ensaios de resistência ao puncionamento
Os ensaios de resistência ao puncionamento foram realizados também no
Laboratório de Tecnologia da Madeira no Departamento de Engenharia Florestal da
Universidade Federal do Paraná – UFPR, com a mesma máquina de ensaios utilizada
para ensaiar a tração não confinada.
Para os ensaios de puncionamento foram seguidas as especificações da NBR
48
13359: geotêxteis – Determinação da resistência ao puncionamento estático – ensaio de
pistão tipo CBR (ABNT, 1995) divergindo apenas na dimensão das amostras que
atenderam as especificadas para ensaios de Mini-CBR.
Os corpos de prova foram recortados com um diâmetro de 70 mm e fixado entre
os anéis do suporte cilíndrico que tem um diâmetro interno de 50 mm. Foi acoplado o
punção com 17 mm de diâmetro na máquina de ensaios de modo que se posicionasse
centralizado e perpendicular a amostra (Figura 6).
O punção foi deslocado para baixo com velocidade de 50 mm/min., enquanto a
máquina gerava as curvas de força de puncionamento vs. penetração, de posse desta
curvas foram calculada a resistência ao puncionamento e a penetração máxima.
FIGURA 6: Procedimentos pra ensaios de resistência ao puncionamento: (a) corpo de
prova fixado no cilindro de puncionamento; (b) Momento que o punção
penetra na amostra.
No ensaio de puncionamento estático obtém-se a curva força de puncionamento
(F
P
) vs. penetração (P). Com a curva do ensaio, pode-se obter a resistência ao
puncionamento e a penetração na ruptura da geomanta.
A força de puncionamento na ruptura F
Pf
é obtida pela média aritmética dos
valores da força de puncionamento máximas de cada corpo-de-prova ensaiado.
A penetração na ruptura P
f
é dada através da média aritmética das penetrações
máximas de cada corpo-de-prova ensaiado.
Os coeficientes de variação C.V. para a força de puncionamento e a penetração
(b)
(a)
49
na ruptura são obtidos através da razão entre o desvio padrão e a média aritmética destes
parâmetros.
5 Resultados e Discussão
5.1 Ensaios de resistência a tração não confinada
Os resultados apresentados foram obtidos a partir dos ensaios de tração não
confinada realizados com as geomantas de fibra de coco, Destacando o comportamento
do material em relação aos principais parâmetros de resistência mecânica a tração.
A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos a partir das curvas médias obtidas
dos testes de resistência a tração para a geomanta de fibra de coco. Os resultados são
descritos em carga de ruptura Tf , o seu coeficiente de variação CVTf, a deformação na
ruptura εf e o seu coeficiente de variação.
TABELA 1: Valores de carga, coeficiente de variação e deformação na ruptura para a
geomanta de fibra de coco.
Tipo de Intensidade
e de Degradação
Período
T
f
(kN/m)
CV
Tf
(%)
є
f
(%)
CVє
f
(%)
Intacto
-
0,317
18,28
21,78
6,53
Degradação natural
em Campo
90 dias
0,133
71,59
15,64
58,13
180 dias
-
-
-
-
270 dias
-
-
-
-
Degradação por
ciclo de saturação e
Secagem
100 horas
0,289
35,33
24,45
10,78
200 horas
0,337
27,18
21,93
5,47
360 horas
0,233
41,51
22,97
24,30
720 horas
0,246
23,77
19,94
14,00
Degradação por
Radiação
Ultravioleta
240 horas
0,270
49,59
22,21
32,60
480 horas
0,218
61,94
16,25
48,01
1000 horas
0,167
59,81
15,67
48,92
2000 horas
0,092
83,86
17,17
32,78
Tf: Força de tração na ruptura; CVTf: coeficiente de variação para a força de tração; єf: Deformação;
CVєf: coeficiente de variação para a deformação.
Observa-
geomanta de fibra de coco degradado no campo ou no laboratório, em relação ao
material mantido intacto (Tabela 1), indicam uma grande heterogeneidade do material
50
devido à degradação.
Salles (2006) sugere que para reduzir a probabilidade de ocorrência de uma
degradação de forma não-homogênea, devem-se tomar medidas específicas durante o
procedimento de degradação dos materiais, realizando o revezamento dos corpos de
prova submetidos aos ensaios.
Destaca-se que os valores do coeficiente CVTf da geomanta estudada
degradadas no campo ou no laboratório foram superiores aos valores de CVεf (Tabela
1). Isto pode ser justificado pela influência da resistência e condição de entrelaçamento
das fibras na resposta do material quando solicitado à tração. No ensaio de tração, a
força aplicada é resistida apenas pelas fibras na direção do carregamento, o que fornece
ao material um comportamento heterogêneo visto que esse material apresenta-se como
um aglomerado de fibras desordenadamente, assim apesar da resistência da fibra ter
pouca variabilidade, dentro da geomanta ela apresenta-se de forma difusa. Já a
deformação é influenciada pela condição de entrelaçamento das fibras, que apesar de
sofrer maior influencia da degradação, apresenta-se desuniforme em toda extensão da
manta, o que torna o material também heterogêneo, porém com menor variação,
justificando assim, menores valores de valores do CVεf (Tabela 1).
Através de observação visual foi possível verificar que as geomantas de fibra de
coco apresentam em sua constituição heterogeneidade na sua fabricação que vão desde
pequenos materiais sólidos até uma diversidade de arranjos no enovelado das fibras que
a compõem, como pode ser observado na Figura 7.
FIGURA 7: Imperfeições visualizadas nas amostras de fibra de coco.
51
Outro fator que pode explicar a elevação do coeficiente de variação é a espessura
das mantas que apresentam valores diferenciados, conforme pode ser identificado na
Tabela 2, que apresenta os valores médios das espessuras dos corpos de prova utilizados
nos ensaios.
TABELA 2: Valores médios das espessuras e coeficiente de variação das geomantas de
fibra de coco.
Tipo de
Intensidade e de
Degradação
Período
Média de
espessura das
mantas (mm)
Desvio
Padrão
Coeficiente de
Variação (%)
Intacto
-
3,18
0,580
18,260
Degradação
natural em Campo
90 dias
4,10
1,040
25,350
180 dias
-
-
-
270 dias
-
-
-
Degradação por
ciclo de saturação e
Secagem
100 horas
3,30
0,270
8,300
200 horas
2,90
0,990
34,310
360 horas
2,38
0,370
15,550
720 horas
2,86
0,560
19,720
Degradação por
Radiação
Ultravioleta
240 horas
2,94
0,570
19,330
480 horas
2,56
0,590
23,210
1000 horas
2,56
0,730
28,520
2000 horas
3,10
0,920
29,650
Na Tabela 3 são apresentados os resultados de rigidez secante das amostras e
também conforme orienta a norma (ABNT, 1993) os valores de rigidez secante a 2%,
5% e 10% de deformação.
Observa-se que os valores da rigidez secante são influenciados pelo
procedimento de degradação no campo e no laboratório (Tabela 3).
Nota-se que o material estudado, quando degradado no laboratório por ciclos de
umedecimento e secagem, ocorre à redução dos valores da rigidez com o aumento da
intensidade de degradação. Este comportamento sugere que a geomanta torna-se mais
frágil com o aumento da degradação.
Ressalta-se que ocorreu um aumento da rigidez para baixos níveis de degradação
acelerada e reduzem para elevados níveis de degradação. Isto sugere que a geomanta
sofreu enrijecimento para baixos níveis de degradação, tendendo à fragilidade para
elevados níveis (Tabela 3).
52
Tabela 3. Variação da rigidez quanto ao tipo e intensidade de degradação para a
geomanta de fibra de coco.
Tipo de
Intensidade e de
Degradação
Período
Rigidez
secante em
kN/m
Rigidez secante em kN/m nas
deformações iguais a
Jsec
f
2%
5%
10%
Intacto
-
7,27
79,30
31,72
15,86
Degradação
natural em
Campo
90 dias
3,30
33,00
13,00
7,00
180 dias
-
-
-
-
270 dias
-
-
-
-
Degradação por
ciclo de
saturação e
Secagem
100 horas
6,00
72,00
29,00
14,00
200 horas
7,70
84,00
34,00
17,00
360 horas
5,00
58,00
23,00
12,00
720 horas
6,10
62,00
25,00
12,00
Degradação por
Radiação
Ultravioleta
240 horas
5,80
68,00
27,00
14,00
480 horas
6,50
55,00
22,00
11,00
1000 horas
5,00
42,00
17,00
8,00
2000 horas
2,40
23,00
9,00
5,00
As Figuras 8 e 9 representam graficamente a variação da carga de tração e
deformação na ruptura com o tempo de degradação no laboratório e no campo para as
amostras de geomanta de fibra de coco. Nota-se de um modo geral o aumento da carga e
deformação na ruptura para menores tempos de degradação e a redução da carga e
deformação na ruptura com o aumento da degradação. As curvas carga de tração vs.
tempo de degradação para as amostras degradadas por ciclos de saturação e secagem
(Figura 8), indicam aumento da carga e deformação na ruptura com o aumento do
tempo de degradação para o primeiro nível de degradação, apresentando média de
resistência maior que o evidenciando para as amostras sem degradação indicando uma
provável variação das propriedades mecânicas na mesma peça de geomanta.
Observando-se as curvas carga de tração vs. deformação das Figuras 8 e 9,
constata-se que os resultados impossibilitam uma correlação entre os resultados de
campo e laboratório. No entanto, é possível uma correlação para as curvas referentes à
degradação pelos processos de saturação e secagem e radiação ultravioleta.
Na Figura 9 nota-se que a carga de deformação para as amostras submetidas a
radiação ultravioleta e seu terceiro nível de degradação apresentou valor de deformação
muito próximos àqueles alcançados pelas amostras submetidas a degradação natural em
53
campo para o primeiro nível de degradação.
Figura 8. Variação da carga de tração na ruptura com o tempo de degradação por ciclos
de saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no campo.
Figura 9. Variação da deformação na ruptura com o tempo de degradação por ciclos de
saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no campo.
54
Observando a Figura 10 é possível verificar que a que as variações ocorridas na
rigidez secante final não apresentam similaridade entre si, mostrando diferenças de
comportamento para cada tratamento e nível de degradação. Para a degradação por
saturação e secagem ocorreu uma redução da rigidez para o primeiro nível de
degradação e um aumento para o segundo nível voltando a diminuir para os demais
níveis. Porém no tratamento com UV-B observa-se um aumento na rigidez para o
segundo nível de degradação e uma diminuição da rigidez para os demais tempos de
exposição. A rigidez diminui drasticamente com a degradação natural no primeiro nível
de degradação.
Figura 10. Variação da rigidez secante final com o tempo de degradação por ciclos de
saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no campo.
Constata-se das figuras 10, 11, 12, que as rigidezes da fibra de coco diminuem
com a degradação natural para 90 dias de degradação, já para 180 dias(segundo nível de
degradação) os corpos de prova apresentavam nível severo de degradação
impossibilitando a realização dos teste mecânicos. Para a degradação por ciclos de
saturação e secagem as rigidezes apresentam oscilação nos resultados com uma
55
diminuição da rigidez para 100 horas de degradação e um aumento da rigidez para 200
horas, em seguida uma nova redução e por ultimo para 720 horas de degradação
apresentando rigidez semelhante a apresentada para o primeiro nível de degradação. As
rigidezes para exposição à radiação ultravioleta sofrem diminuição para 240 horas de
exposição, aumentando para o nível seguinte de degradação (480 horas) e voltam a
decrescer com o aumento da degradação.
Figura 11. Variação da rigidez secante a 2% de deformação com o tempo de
degradação por ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta e
natural no campo.
56
Figura 12. Variação da rigidez secante a 5% de deformação com o tempo de degradação
por ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no campo.
5.2 Materiais Intactos
O comportamento mecânico da fibra da geomanta de fibra de coco pode estar
relacionada com a origem dos materiais e sua composição química, podendo sugerir
uma diferença na resistência a tração de acordo com a variação da origem da fibra de
coco utilizada como matéria prima. As fibras vegetais são compostas basicamente de
celulose e lignina entre outros compostos em menor quantidade, o conjunto deste
composto se traduz em características específicas para cada material (SANTIAGO e
SELVAM, 2007).
Pode ser constatada uma menor dispersão dos resultados dos materiais intactos
quando relacionados com os outros materiais degradados e esta menor dispersão pode
sugerir um aumento da heterogeneidade dos materiais quando submetidos à degradação.
Rozman et al (2000), estudando a influência da lignina nas propriedades mecânicas,
observaram que os percentuais de lignina presentes na fibra do coco tem efeito no
aumento da flexão mas não observou efeitos nas propriedades de tração.
Joseph et al., (2003), citado por Rodrigues (2007), afirma que as propriedades
mecânicas dependem da orientação das fibras, no qual o desempenho estrutural pode ser
57
avaliado por análises mecânicas na direção do alinhamento das fibras em diferentes
frações de volumes das fibras. É fato que o material intacto apresentou resistência a
tração inferior ao observado no segundo nível de degradação por saturação e secagem,
como também bem inferior ao apresentado pelo fabricante. Martins (2000) realizou teste
de resistência a tração em cinco tipos de geotêxteis, encontrando em todos os testes
valores de resistência as trações inferiores aos valores mencionados nos catálogos dos
fabricantes.
5.3 Degradação Natural em Campo
Para as amostras degradadas naturalmente no campo pode ser observada elevada
queda na resistência em relação ao material intacto para o primeiro ciclo de degradação
(90 dias), No entanto para o segundo nível, a degradação foi tão intensa que
impossibilitou a realização dos testes de tração não confinada (resistência nula a tração),
o nível elevado de degradação pode ser observado na Figura 13.
Figura 13. Apresenta corpos de prova após 180 dias de
degradação em campo.
No primeiro nível de degradação (90 dias) observou-se alteração na cor com a
perda de brilho e o inicio do desenvolvimento da vegetação rasteira (Figura 9). No
segundo nível de degradação (180 dias), com a superfície do solo quase totalmente
vegetada, pode ter propiciado a formação de um “microclima” potencializando reações
58
químicas e ação biológica contribuindo para a aceleração da degradação.
Carneiro (2006) observou alteração na cor de geotêxteis submetidos à
degradação natural, ele atribuiu ao acumulo de pequenas partículas nas fibras. Observou
também que após 3 e 6 meses de exposição o material não apresentava nenhum sinal de
degradação e que aos 9 meses de exposição era possível observar a liberação de
pequenos pedaços de fibras indicando a ocorrência de despolimerização, e após 12
meses de exposição pode ser observado que a estrutura apresentava-se bastante
danificada tendo ocorrido diminuição considerável da espessura do material.
No período de implantação do ensaio experimental no campo, foi observada
maior incidência de radiação ultravioleta e alta umidade relativa do ar devido à
proximidade do Rio São Francisco. Essas condições ambientais contribuíram para a
aceleração da degradação e a nulidade da resistência nos corpos de prova submetidos ao
ciclo de 180 dias de degradação natural. A exposição no verão, devido às elevadas
temperaturas e ao aumento da radiação UV que atinge a superfície terrestre, é mais
severa para os materiais que no Inverno. A radiação UV incidente varia dependendo do
local geográfico, da existência de nuvens e/ou nevoeiro, da proximidade de ambientes
industriais, entre outros fatores (CARNEIRO et al. 2005).
5.4 Degradação acelerada em laboratório
Apesar de vantagem da rapidez, a degradação acelerada em laboratório pode
fornecer resultados imprecisos, em função de mecanismos paralelos ocorridos nas
amostras (SILVA, 2002).
Observou-se que para a degradação acelerada em laboratório com ciclos de
saturação e secagem e exposição à radiação ultravioleta, os procedimentos de
degradação adotados afetaram a estrutura das geomantas diminuindo sua resistência. As
amostras degradadas pela exposição aos ciclos de condensação e à radiação ultravioleta
apresentaram maiores níveis de degradação com o aumento de tempo de degradação.
A degradação por ciclos de condensação e exposição à radiação ultravioleta foi o
procedimento que apresentou maiores efeitos de degradação porem a degradação em
campo apresentou maior intensidade.
59
5.5 Ensaios de Resistência ao Puncionamento Estático
Os resultados dos ensaios de puncionamento estático realizados com as
geomantas de fibra de coco degradados em campo e em laboratório apresentando os
valores da força de puncionamento e penetração na ruptura FPf e Pf, para os diferentes
tipos e intensidades de degradação, respectivamente. São apresentados também os
coeficientes de variação de FPf e Pf.
A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos a partir das curvas médias obtidas
dos testes de puncionamento estático para a geomanta de fibra de coco. Os resultados
são descritos em força de puncionamento e penetração na ruptura FPf e Pf , como
também os coeficientes de variação de FPf e Pf.
Da mesma forma como observado nos teste de tração não confinada, os valores
do coeficiente CVFpf da geomanta estudada degradadas no campo ou no laboratório
foram superiores aos valores de CVPf (Tabela 4). Este comportamento pode ser
atribuído pela influencia da resistência local e sua arrumação dentro da geomanta.
Tabela 4. Valores médios da força de puncionamento, coeficiente de variação e
penetração na ruptura para a geomanta de fibra de coco.
Tipo de Intensidade e de
Degradação
Período
Fpf(kN)
CVFpf(%)
Pf(mm)
CVpf(%)
Intacto
-
0,2608
27,85
11,80
15,16
Degradação natural em
Campo
90 dias
0,094
44,52
9,20
4,86
180 dias
-
-
-
-
270 dias
-
-
-
-
Degradação por ciclo de
saturação e Secagem
100 horas
0,2704
25,04
12,00
10,21
200 horas
0,2442
30,73
10,80
20,07
360 horas
0,178
25,66
10,60
14,31
720 horas
0,1654
35,42
10,20
18,86
Degradação por lixiviação
Contínua
200 horas
0,0888
85,36
8,40
18,05
400 horas
-
-
-
-
800 horas
-
-
-
-
1600 horas
-
-
-
-
Degradação por Radiação
Ultravioleta
240 horas
0,1676
32,52
8,60
10,40
480 horas
0,1632
22,58
8,80
5,08
1000 horas
0,1534
23,86
8,60
6,37
2000 horas
0,1546
41,70
8,80
9,51
60
Nota-se que os resultados apresentados na Tabela 4 indicam uma sensível
redução da força de penetração com o tempo de degradação natural. No entanto, a maior
taxa de redução da força ocorre nos menores tempos de degradação em laboratório.
Verifica-se na Figura 14 o comportamento da variação da força de
puncionamento aplicado sobre os corpos de prova, a força de aplicada nos ensaios tende
a reduzir para baixos tempos de degradação, tendendo a torna-se constante com o
aumento dos tempos de degradação nos ensaios de laboratório. Para o ensaio de
degradação natural em campo, ocorreu uma queda abrupta da força de puncionamento.
Figura 14. Variação da Força de Puncionamento estático com o tempo de degradação
por ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta, lixiviação contínua
e natural no campo.
Da Figura 15 observa-se que a diminuição da penetração na ruptura com a
degradação, tanto no campo quanto no laboratório, estabilizando para a degradação por
radiação UVB. Também verifica-se que a degradação por UVB atingiu menores valores
de penetração na ruptura.
A variação da força e penetração na ruptura das geomantas degradados por
ciclos de saturação e secagem apresentou um valor maior para o primeiro nível de
61
degradação (100 horas) reduzindo a penetração para os demais níveis e no final
tendendo a estabilidade.
Observando as figuras 14 e 15, constata-se que as forças de puncionamento e
penetração na ruptura apresentam um comportamento semelhante para os materiais
submetidos a degradação em laboratório, e diferente quando comparado ao
procedimento de degradação natural.
Figura 15. Variação da penetração máxima com o tempo de degradação por ciclos de
saturação e secagem, radiação ultravioleta, lixiviação contínua e natural no
campo.
6 Conclusões
A metodologia utilizada neste trabalho mostrou-se adequada por gerar diferentes
parâmetros de degradação, porém merece ajustes nos tempos de degradação para o
campo e para o laboratório e o aumento do número de corpos de prova.
Para a metodologia utilizada à degradação em campo apresentou os maiores
níveis de degradação da geomanta, apresentando resistência inferior ao apresentado pelo
fabricante. O tempo de degradação também se apresentou inferior ao apresentado pelo
fabricante da geomanta, que é de 36-48 meses para 6 meses apresentados nesta
pesquisa.
62
Com os dados obtidos não foi possível manter uma relação entre os níveis de
degradação em campo e em laboratório, sendo necessário o desenvolvimento de novas
pesquisas, com diferentes tempos de degradação e outros métodos de degradação em
laboratório para traçar tal paralelo.
Quanto à resistência a tração não confinada, existe uma redução da resistência a
tração com a degradação do material estudado. O tratamento que apresentou maiores
níveis de degradação foi o natural em campo apresentando também menor resistência
tração para o primeiro nível de degradação e chegando à nulidade da resistência para o
segundo nível de degradação.
Para a resistência ao puncionamento, foi constatada uma redução da resistência
para maiores níveis de degradação. Na degradação em laboratório por exposição à
UVB, existe uma tendência a estabilização da força de puncionamento com o aumento
da degradação.
7 Recomendações
Realizar trabalhos que avaliem os efeitos do clima na degradação das geomantas
de fibra de coco.
Realização de pesquisas que envolvam a degradação biológica das geomantas.
Realização de ensaios reduzindo os tempos de degradação natural e aumentando
os tempos de degradação em laboratório, como também reduzindo os intervalos entre os
níveis de degradação.
Para melhor simulação da situação de campo, sugere-se realizar experimentos
envolvendo diferentes tratamentos de degradação concomitantemente para os mesmo
corpos de prova.
Após a o ajuste de metodologia fazer os cálculos de simulação de previsão de
comportamento a longo prazo para a geomanta de fibra de coco.
63
8 Referências Bibliográficas
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Determinação da resistência à tração não-confinada – Ensaio de tração de faixa larga.
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NBR 13359.
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64
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66
CAPÍTULO 3: Comportamento de geomantas de Fibra de sisal
submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada
em laboratório.
1 Resumo
A demanda crescente por recursos hídricos tem levado à exploração dos sistemas
hídricos, e a construção das grandes barragens, induzem a um novo comportamento
morfodinâmico para o rio, considerados como as responsáveis primários pela atual fase
de erosão marginal acelerada e de disseminação de novos focos. Os processos erosivos
que atingem os cursos d’água têm levado a adoção de práticas de controle. Dentre os
diferentes métodos de contenção desse tipo de erosão vem se destacando a
bioengenharia de solos que consiste no uso de elementos biologicamente ativos em
obras de estabilização de solos e sedimentos. Dentre os materiais construtivos os
geossintéticos vêm apresentado crescente utilização. A utilização de fibras vegetais para
a produção de geomantas (biomantas) tem crescido por apresentar uma combinação de
boas propriedades mecânicas e vantagens ambientais. Neste sentido, o presente trabalho
apresenta um estudo experimental para avaliação do comportamento de geomantas
constituídos de fibra de sisal submetidos à diferentes métodos de degradação. As
geomantas, foram expostas a processos de degradação natural no campo e acelerada no
laboratório. No laboratório foram realizados procedimentos de degradação por
exposição à radiação ultravioleta e ciclos de saturação e secagem. Foi realizada a
avaliação da variação dos principais parâmetros dos materiais com o tempo e
procedimentos de degradação. Os parâmetros foram obtidos através de ensaios de
resistência à tração não-confinada. Os resultados mostram a redução da resistência
mecânica nas geomantas estudadas, devido aos processos de degradação aplicados, além
de mudanças no aspecto visual dos materiais. As geomanta de fibra de sisal apresenta
uma alta resistência a tração e uma razoável resistência a degradação natural em campo.
Esses resultados sinalizam para a recomendação desse material para a contenção da
erosão marginal em situações semelhantes.
Palavras chave: Geotêxtil, Controle de Erosão, Bioengenharia de Solos.
67
CHAPTER 3: Sisal fiber’s geotextile behavior under natural degradation “in situ”
and laboratory sped up.
2 Abstract
The increasing demand for water resources has led to the exploration of the
hydrological systems, and the construction of the great dams, induces to a new river
morphodynamics behavior, considered as the mainly responsible for the riverbank
erosion sped up and dissemination of new points. The erosive processes that reach the
water courses have taken the adoption of practical of control. Amongst the different
methods of containment of this type of erosion it comes if detaching ground
bioengineering that consists of the use of biological active elements in workmanships of
stabilization of ground and sediments. Between the different methods to control this
type of erosion it comes detaching soil bioengineering, that consists of the use of
biological active elements in workmanships in soil and sediments stabilization. The
geosynthetics come presented increasing use, earning prominence those that are
manufactured with vegetal staple fibres. These geotextile has increase for presenting an
ambient combination of adequate mechanical properties and advantages. In this way,
this work presents an experimental study for evaluation of the behavior of sisal fiber
geotextile to the different methods of degradation. Geotextile had been displayed the
natural degradation in situ and sped up degradation in the laboratory. In the laboratory
procedures of degradation for exposition to the ultraviolet radiation and cycles of
saturation and drying had been carried through. It was carried through the evaluation of
the variation of the main parameters of the materials with the time and procedures of
degradation. The parameters had been gotten through assays of not-confined tensile
strenght and resistance to the static punctionning. The results show to the reduction of
the mechanical resistance in geotextile studied, had to the applied processes of
degradation, beyond changes in the visual aspect of the materials. Sisal geotextile
presents higher resistance to the traction and a reasonable resistance to the natural
degradation “in situ”. These results appoint to the recommendation of this material for
the riverbank erosion control in similar situations.
Keywords: Geotexile, Erosion Control, Soil Bioengineering.
68
3 Introdução
A demanda crescente por recursos hídricos tem levado à exploração dos sistemas
hídricos, com ênfase no manejo insustentável das bacias hidrográficas que de forma
indiscriminada as ações antrópicas têm alterado a sua dinâmica natural.
As grandes barragens e formação de grandes reservatórios construídas nos
canais fluviais, na medida em que estabelecem um novo regime hidrosedimentológico,
induzem a um novo comportamento morfodinâmico para o rio, considerado como as
responsáveis primárias pela atual fase de erosão marginal acelerada e de disseminação
de focos erosivos (BANDEIRA, 2005).
Para os agroecossistemas que estão implantados em regiões ribeirinhas, os
efeitos da erosão fluvial podem se tornar um fator de desestabilização da
sustentabilidade principalmente em rios cujo ciclo hidrológico foi alterado pela
construção de barragens e ocorrem variações bruscas e constantes no regime de vazão,
desestabilizando os taludes marginais (OLIVEIRA, 2006).
Bandeira (2005) destaca que a erosão marginal tem destruído, no Baixo São
Francisco, os diques de proteção contra as cheias, casas, obras de engenharia e estradas,
diminuindo a área dos perímetros irrigados e de faixas de terra agricultáveis, implicando
na perda de produção agrícola e piscícola, decréscimo da produtividade, inundação de
povoados e ônus extras com obras de infra-estrutura. Nesse trecho da Bacia
Hidrográfica do Rio São Francisco esse é um dos mais importantes processos de
degradação das suas margens, causa e efeito da retirada da vegetação ciliar,
demandando ações de controle para a estabilização dos taludes marginais.
A realidade dos processos erosivos que atingem os cursos d’água, sobretudo
daqueles que sofreram maiores perturbações, tem levado a adoção de práticas de
controle sejam por método empíricos por iniciativa da população ribeirinha ou pela
adoção de obras de engenharia ou uso da bioengenharia de solos.
A bioengenharia de solos consiste no uso de elementos biologicamente ativos
em obras de estabilização de solos e sedimentos. Esses elementos podem ser vegetação,
conjugados a elementos inertes. As técnicas de bioengenharia vão desde a utilização de
apenas materiais de construção vivos (vegetação herbácea, arbustiva e/ou arbórea), aos
consórcios com geotêxteis, concreto, madeira, ligas metálicas, retentores orgânicos de
sedimentos e sistema de confinamento celular de polietileno. Entretanto, deve-se evitar
69
a utilização de materiais de construção rígidos como aço, concreto e plástico, devendo
ser limitados em seções em que os métodos vegetativos se mostrem inadequados para
prevenção da erosão (GRAY e SOTIR, 1996). As geomantas potencializam os efeitos
protetores da vegetação na redução de processos erosivos, permitindo o estabelecimento
da vegetação em situações adversas (CEMIG, 2002). As geomantas são tridimensionais,
flexíveis e altamente porosas. Foram concebidas para reter o solo e permitir o adequado
desenvolvimento do sistema radicular da vegetação presente na área. Uma vez
consolidado, o sistema proporciona resistência ao fluxo e retenção do solo. As
diferenças entre estes produtos e as geomantas preenchidas com solo para controle de
erosão são muito pequenas. Estas mostram-se mais densa e menos espessas, e são
dispostas no terreno já associadas com solo de preenchimento. As geomantas para
reforço da vegetação são dispostas sobre o terreno e depois preenchidas (semeadas) e
cobertas com solo vegetal (VERTEMATTI, 2004).
A utilização de fibras vegetais para a produção de geomantas (biomantas) são,
geralmente, por demonstrarem uma combinação de boas propriedades mecânicas e
vantagens ambientais. O interesse está relacionado com as propriedades e características
das fibras vegetais, podendo-se destacar o baixo custo, baixa densidade, flexibilidade no
processamento e uso de sistemas simples quando o tratamento superficial se faz
necessário. Alem disso, as fibras vegetais são fontes renováveis (MORAIS et al., 2006).
Segundo o autor os polimeros podem sofrer degradação através de vários mecanismos
podendo acontecer de forma rápida ou gradual, a depender das condições a que estes
estão submetidos e, principalmente, da sua natureza química.
O interesse por fibras vegetais está relacionado com as propriedades e
características das fibras vegetais, podendo-se destacar o baixo custo, baixa densidade,
flexibilidade no processamento e uso de sistemas simples quando o tratamento
superficial se faz necessário. Alem disso, as fibras vegetais são fontes renováveis. A
rigidez do material é de enorme importância para a sua estabilidade. Usualmente
podemos comparar o comportamento mecânico das fibras pelo seu módulo da
elasticidade (MORAIS et al., 2006). As fibras de sisal se destacam por apresentar alta
resistência ao impacto e boas propriedades de resistência a tração e flexão. Isto é
atribuído ao fato da fibra de sisal apresentar um dos maiores módulos de elasticidade e
de resistência mecânica entre as fibras naturais (MARTIN et al., 2009).
Apresenta-se de grande importância o conhecimento sobre a resistência dessas
70
fibras para um melhor planejamento de uso, principalmente devido ao fato de que as
geomantas estão, em condições de campo, sujeitas a suportar movimentos de massa de
solo nos taludes dos cursos d´água. Esse fato remete à necessidade de se conhecer como
se dá a sua degradação ao longo do tempo de implantação da vegetação ciliar. A
degradação manifesta-se através da redução da resistência mecânica devido à ação dos
agentes físicos, químicos e biológicos (FARJALLAT, 1972 citado por SALLES, 2006).
A importância do estudo da degradação dos materiais se mostra na possibilidade
de se prever o comportamento dos materiais em longo prazo, para que seja possível
definir sua vida útil, ou seja, sua durabilidade. Através do estudo da durabilidade é
possível definir e adequar à utilização dos materiais de construção em função das
características intrínsecas e do meio ambiente exógeno (SALLES, 2006).
Os ensaios de degradação submetem o geotêxtil ou geomanta à exposição no
campo e/ou no laboratório, para posterior determinação da variação das propriedades
físicas, químicas e mecânicas do material em diferentes níveis de degradação. Nesse
sentido esse trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento de geomantas de
fibra de sisal submetidas à degradação natural em campo e degradação acelerada em
laboratório buscando compreender o comportamento destes materiais e a sua
durabilidade, orientado a sua utilização em obras de controle de erosão em cursos
d’água.
4 Materiais e Métodos
4.1 Caracterização do Geotêxtil
Para os testes de degradação natural foi aplicada de 20m² (10 x 2,0m) de
biomanta de sisal (Sisal bioblanket Type GF/30.S), constituído em 100% por fibras de
sisal na estabilização de um talude no Baixo São Francisco Sergipano em um Sítio
Experimental, que foi composta por uma parcela destrutiva de tal experimento onde
retirou-se 15 corpos de prova que sofrerão processos de degradação natural em campo.
Esse tipo de mantas é costumeiramente utilizadas em projetos de contenção de
taludes em áreas suscetíveis à erosão. Vários estudos já realizados, (HOLANDA et al,
2008; SANTANA, 2008) comprovaram que a utilização das biomantas para
estabilização dos taludes conjugados com materiais inertes apresentaram resultados
71
significativos.
4.2 Ensaios de degradação
Os ensaios de degradação dos corpos de prova da geomanta de fibra de sisal
foram realizados de forma natural em campo e de forma acelerada em laboratório, o
desenvolvimento dos ensaios de degradação conforme o Quadro 2.
O desenvolvimento dos ensaios de degradação deu-se a partir de quatro fases:
1. Preparação do material a ser estudado, com a obtenção dos corpos de provas;
2. Degradação das amostras de forma natural no campo e de forma acelerada em
laboratório;
3. Avaliação dos parâmetros que caracterizam o comportamento do material
intacto, degradado em campo e degradado em laboratório;
4. Realizar análise dos resultados e avaliação do comportamento.
Das amostras submetidas a esta pesquisa após os processos de degradação,
foram obtidos corpos de provas intactos, ou seja, que não sofreram degradação pelos
processos apresentados. Os corpos degradados naturalmente, estes foram instalados em
um sítio experimental, onde sofreu degradação do meio e por ultimo os que passaram
pelos processos de aceleração da degradação em laboratório, ciclos de saturação e
secagem e raios ultravioletas.
As amostras após passarem pelos processos de degradação foram submetidas a
ensaios de mecânicos como forma de testar sua resistência. A Tabela 2 apresenta o
programa experimental seguido.
Tabela 2. Programa de ensaios mecânicos, tipos de degradação e níveis de degradação.
Ensaios
Mecânicos
Tipo de
Degradação
Nível de degradação
0
1º
2º
3º
4º
Resistência à
tração Não-
Confirmada
Intacto
(5)
-
-
-
-
Natural (dias)
-
90
180
-
-
-
(5)
(5)
-
-
Ciclos de
Umidade
(horas)
-
100
200
360
720
-
(5)
(5)
(5)
(5)
C-UV B (horas)
-
240
480
1000
2000
-
(5)
(5)
(5)
(5)
72
( ) refere-se ao numero de corpos de prova para cada processo experimental
4.3 Preparação das Amostras
Retirou-se corpos de provas de bobinas de geomanta de tamanho comercial, as
amostras foram cortadas com dimensão de 20 cm de largura e 50 cm metros de
comprimento, obtidas de forma longitudinal a direção principal da bobina. Para corpos
de prova submetidos à degradação natural foram instaladas as geomantas em um talude
marginal. Dos corpos de provas obtidos 05 (cinco) foram mantidos intactos e os demais
submetidos aos procedimentos de degradação. Em seguida os corpos de provas intactos
e degradados foram submetidos aos ensaios mecânicos. Para o ensaio de tração não
confinada os corpos de provas foram recortados obedecendo a NBR 12824 ficando com
as dimensão de 20 cm de largura e 30 cm de comprimento.
4.4 Procedimentos de Degradação em Laboratório
4.4.1 Exposição à Radiação Ultravioleta
Para a realização deste ensaio foi construído no laboratório de Erosão e
Sedimentação do solo do Departamento de Engenharia Agronômica da Universidade
Federal de Sergipe, um aparato de degradação por radiação ultravioleta (Figura 2), o
equipamento mede 0,80 m de largura, 1,10 m de comprimento e 0,80 de altura, possui
um banco de radiação ultravioleta com duas fontes de radiação, que permite uma
capacidade para 18 corpos de provas medindo 50 cm de comprimento por 20 cm de
largura, os corpos de prova foram fixados nas paredes internas da caixa no sentido
vertical. O equipamento conta com três termostatos eletrônicos que possibilitaram
regular os ciclos de saturação condensação e ventilação, ordenando o funcionamento no
numero de horas proposto para cada ciclo.
As amostras foram submetidas a ciclos de condensação, radiação e ventilação,
procurando simular uma situação de campo de forma acelerada. O protocolo adotado
consistiu em submeter os corpos de prova a quatro horas de radiação ultravioleta a uma
temperatura de 50º C seguido por, quatro horas de condensação a 50º C, com um tempo
de ventilação de 10 minutos.
73
Figura 2. Vista geral do aparato construído para degradação com radiação
ultravioleta (a); Geomantas fixadas nas paredes, submetidas a
degradação UVB (b).
4.4.2 Ciclos de Saturação e Secagem
Os ensaios de saturação e secagem também foram conduzidos no Laboratório de
Erosão e Sedimentação da Universidade Federal de Sergipe – LABES/UFS – com os
corpos de prova sendo submetidos a ciclos de duas horas de saturação e duas horas de
secagem em estufa. Os corpos ficaram submersos em água destilada e em temperatura
ambiente em seguida foram submetidos à secagem em estufa a temperatura de 100º C.
As amostras ficavam submersas durante o período noturno como também nos
momentos em que não foram submetidas à ciclagem.
O ensaio de saturação e secagem procura reproduzir de forma acelerada os
efeitos de variações de umidade e temperatura correntes em situação de campo. A
Figura 3 apresenta etapas do procedimento de imersão em água destilada e secagem em
estufa.
(a)
(b)
74
Figura 3. Corpos de prova imersos em água destilada durante ensaios de
saturação e secagem (a); geomantas submetidas a secagem em
estufa a temperatura de 100º C (b).
4.5 Procedimentos de degradação em Campo (degradação natural)
As amostras submetidas à degradação natural foram aplicadas em um talude
marginal na margem direita do rio São Francisco em um sítio experimental, localizado
no baixo São Francisco sergipano, no Perímetro Irrigado Pindoba, município de Própria
(Figura 4). A área escolhida é objeto de estudo a vários anos do Grupo de Gestão
Hidroambiental do Baixo São Francisco, este vem realizando pesquisas com utilização
de técnicas de bioengenharia na estabilização de taludes. Assim direcionando o efeito da
degradação daquela localidade sobre o material estudado.
A geomanta foi aplicada recobrindo todo o talude em uma área de 20 m
2 ,
obedecendo o procedimento normal de utilização deste tipo de material em campo, em
cada coleta foi retirados cinco corpos de prova da parte central do talude.
O grau de degradação em campo sofre influência do ângulo de exposição à
radiação solar, neste caso as amostras obedeceram ao ângulo de inclinação do talude
erodido que foi suavizado antes da aplicação da geomanta. As amostras ficaram em
contato com o solo e na parte inferior (base do talude) em contato com a água do rio.
Este ensaio teve início no mês de novembro de 2008, período mais quente do
ano e geralmente com menor índice de precipitações pluviométricas, considerando que
os fatores climáticos são definidores do processo de degradação de materiais, durante o
período de exposição da geomanta foram realizadas, classificação climática,
levantamentos das temperaturas e umidade relativa do ar, ventos, precipitação
(a)
(b)
75
atmosférica e radiação solar.
Figura 4. Fotos do sítio experimental no município de Propriá-SE, onde foi
realizada a degradação natural em campo. (a) Talude após a instalação
das biomantas em 15/11/2008; (b) Primeiro nível de degradação
apresentando o início do desenvolvimento da vegetação no dia
23/12/2008; (c) e (d) Segundo nível de degradação com a vegetação
bem desenvolvida e a biomanta apresentando resistência em
13/05/2009.
4.6 Ensaios Mecânicos de Resistência
As características mecânicas avaliadas remetem as características exigidas das
biomantas quando das funções na estabilização de taludes, onde são submetidas a forças
de tração, compressão, flexão entre outras.
Neste trabalho procurou-se medir nos ensaios os principais parâmetros de
resistência mecânica, obtidos através de curvas de tensão e deformação na ruptura,
rigidez, e a tenacidade.
(a)
(b
)
(c)
(d
)
76
4.6.1 Ensaios de Resistência a tração não confinada
Os ensaios de resistência a tração não confinada foram realizados no laboratório
de tecnologia da madeira no Departamento de Engenharia Florestal da Universidade
Federal do Paraná - UFPR. Foi utilizado uma máquina universal de ensaios EMIC
Modelo DL, com capacidade máxima de 300 kN.
Os ensaios foram realizados seguindo as orientações da NBR 12824: geotêxteis
– Determinação da resistência a tração não-confinada – Ensaio de tração de faixa larga
(ABNT, 1993).
Para fixação das biomantas na máquina de ensaios foram utilizadas garras do
próprio equipamento utilizadas para ensaios de tração em toras de madeira, as garras
apresentam uma superfície interna “dentada” com encaixe simétrico, essa estrutura
garante a fixação evitando que o corpo de prova escorregue durante os testes de tração.
Foram recortadas as amostras dos corpos de prova com a dimensão de 20 cm de
largura e 30 cm de comprimento e fixadas entre as garras com o auxilio de um gabarito
de papelão. A distância entre as garras foi de 100 mm e a velocidade de deformação foi
de 20 mm/mim.
Com a execução dos ensaios foram geradas curvas Cargas vs. Deformação, e
calculada a resistência a tração na ruptura (α
max
), deformação na ruptura (ε) e a rigidez
secante (J).
Figura 5. Par de garras do equipamento para os
testes de tração não confinada,
conectadas a máquina Universal de
77
Ensaios EMIC modelo DL, com
destaque para a fixação das
geomantas na realização dos testes
resistência a tração não confinada.
A carga de tração (T) é definida pela a força por unidade de comprimento que é
aplicada ao corpo-de-prova durante o ensaio.
A deformação longitudinal ε do corpo-de-prova é obtida através da Equação 1:
(1)
Onde: ε é dado em porcentagem, ΔL é a variação do comprimento em relação ao
espaçamento entre garras e L é o espaçamento inicial entre garras.
Os coeficientes de variação CV da carga de tração na ruptura e da deformação
longitudinal na ruptura são obtidos através da razão entre os valores de desvio padrão e
média aritmética destes parâmetros, obtidos nos diferentes ensaios.
A rigidez secante foi calculada a partir da relação entre a carga aplicada a
amostra (α) e o alongamento sofrido (ε) trazem parâmetros sobre o comportamento do
material estudado sobre os diversos efeitos da degradação. Na Tabela 2 são
apresentados os resultados de rigidez secante das amostras e também conforme orienta a
norma (ABNT, 1993) os valores de rigidez secante a 2%, 5% e 10% de deformação.
5 Resultados e Discussão
A avaliação das propriedades mecânicas pode ser de forma estática ou dinâmica,
envolvendo ensaios destrutivos do material. Um geossintético pode ser solicitado de
forma estática através de tração, compressão, flexão, cisalhamento entre outros. Em
ensaios tensão vs. deformação, os principais parâmetros que quantificam a resistência
mecânica dos materiais poliméricos são a rigidez, tensão e deformação no escoamento,
tensão e deformação na ruptura e a tenacidade.
A rigidez em tração é obtida através da inclinação da curva Carga vs.
Deformação e é correlacionada com a energia necessária para deformar as ligações entre
78
os átomos de carbono na cadeia principal. Quanto mais rígida a cadeia polimérica,
maior a rigidez J.
5.1 Ensaios de resistência a tração não confinada
Os resultados apresentados a seguir foram obtidos a partir dos ensaios de tração
não confinada realizados com as geomantas de fibra de sisal. Os resultados apresentados
a partir de tabelas onde são destacados os comportamentos dos materiais levando em
consideração os principais parâmetros de resistência mecânica a tração.
Os valores obtidos são resultados das curvas cargas de tração vs. deformação,
geradas a partir das repetições de ensaios nos corpos de provas intacto, degradado
naturalmente em campo e degradado de forma acelerada em laboratório.
A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos a partir das curvas médias obtidas
dos testes de resistência a tração para a geomanta de fibra de sisal. Os resultados são
descritos em carga de ruptura T
f
, o seu coeficiente de variação CV
Tf
, a deformação na
ruptura ε
f
e o seu coeficiente de variação.
Tabela 1. Valores de carga, coeficiente de variação e deformação na ruptura para a
geomanta de fibra de sisal.
Tipo de Intensidade
e de Degradação
Período
T
f
(kN/m)
CV
Tf
(%)
є
f
(%)
CVє
f
(%)
Intacto
-
2,910
56,98
8,43
57,86
Degradação natural
em Campo
90 dias
3,268
28,1
7,70
14,45
180 dias
0,995
61,33
5,15
36,62
270 dias
-
-
-
-
Degradação por
ciclo de saturação e
Secagem
100 horas
2,815
17,01
8,41
29,46
200 horas
3,605
21,71
16,04
87,15
360 horas
3,154
22,34
6,35
36,67
720 horas
2,570
28,54
5,92
18,97
Degradação por
Radiação
Ultravioleta
240 horas
7,462
68,22
12,33
53,62
480 horas
6,159
74,02
7,94
37,51
1000 horas
4,499
34,94
7,41
41,31
2000 horas
5,306
32,59
5,78
28,44
T
f
: Força de tração na ruptura; CV
Tf
: coeficiente de variação para a força de tração; є
f
: Deformação; CVє
f
:
coeficiente de variação para a deformação.
79
Para os materiais estudados, foram observados valos elevados do coeficiente de
variação, isso indica que os materiais não apresentam homogeneidade na sua fabricação
e que sofrem efeitos diferentes quando submetidos à degradação. Através de observação
visual é possível verificar que as geomantas de fibra de sisal apresentam em sua
constituição heterogeneidade na sua fabricação, estas diferenças são claras quando
observado o diâmetro das “cordas” de fibra de sisal que constituem de forma
entrelaçadas as biomantas.
Tabela 2. Variação da rigidez quanto ao tipo e intensidade de degradação para a
geomanta de fibra de sisal.
Tipo de
Intensidade e de
Degradação
Período
Rigidez
secante em
kN/m e T/Tf
no final
Rigidez secante em kN/m nas
deformações iguais a
Jsec
f
2%
5%
10%
Intacto
-
173,54
910,00
364,00
182,00
Degradação
natural em
Campo
90 dias
215,90
817,00
327,00
163,00
180 dias
109,40
249,00
100,00
50,00
270 dias
-
-
-
-
Degradação por
ciclo de
saturação e
Secagem
100 horas
185,20
704,00
282,00
141,00
200 horas
258,70
901,00
360,00
180,00
360 horas
277,10
789,00
315,00
158,00
720 horas
217,40
643,00
257,00
129,00
Degradação por
lixiviação
Contínua
200 horas
75,90
449,00
180,00
90,00
400 horas
-
-
-
-
Degradação por
Radiação
Ultravioleta
240 horas
446,10
1865,00
746,00
373,00
480 horas
453,90
1540,00
616,00
308,00
1000 horas
351,40
1125,00
450,00
225,00
2000 horas
464,00
1326,00
531,00
265,00
As Figuras 6 e 7 representam graficamente a variação da carga de tração e
deformação na ruptura com o tempo de degradação no laboratório e no campo para as
amostras de geomanta de fibra de sisal. Nota-se de um modo geral o aumento da carga e
deformação na ruptura para menores tempos de degradação e a redução da carga e
80
deformação na ruptura com o aumento da degradação, porem materiais degradados
apresentaram resistência a tração superior ao material intacto . As curvas carga de tração
vs. tempo de degradação para as amostras degradadas por ciclos de saturação e radiação
UVB (Figura 7), indicam aumento da carga e deformação na ruptura com o aumento do
tempo de degradação para o primeiro nível de degradação, apresentando média de
resistência maior que o evidenciando para as amostras sem degradação indicando uma
provável variação das propriedades mecânicas na mesma peça de geomanta.
Observando-se as curvas carga de tração vs. deformação das Figuras 6 e 7,
constata-se que é possível correlacionar os resultados obtidos no campo e no laboratório
porem a dispersão dos resultados pode indicar a necessidade de efetuar novos testes
com diferentes tempos de degradação.
Na Figura 6 pode ser observado que a degradação natural em campo para o
segundo nível de degradação apresentou o maior efeito de degradação evidenciando a
menor resistência a tração. Já na Figura 7 nota-se que a carga de deformação para as
amostras submetidas à radiação ultravioleta e seu quarto nível de degradação apresentou
valor de deformação muito próximo ao alcançado pelas amostras submetidas a
degradação natural em campo em para o segundo nível de degradação.
Figura 6. Variação da carga de tração na ruptura com o tempo de degradação por
ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no
campo.
81
Figura 7. Variação da deformação na ruptura com o tempo de degradação por
ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no
campo.
Nas Figuras 8, 9 e 10 é possível observar um aumento na rigidez secante para as
amostras degradadas com radiação UVB, já para as amostras degradadas em campo
ocorreu um aumento na rigidez para 90 dias de degradação e em seguida uma redução
da rigidez para 180 dias de degradação.
82
Figura 8. Variação da rigidez secante final com o tempo de degradação por
ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta e natural no
campo.
Figura 9. Variação da rigidez secante a 2% de deformação com o tempo de
degradação por ciclos de saturação e secagem, radiação ultravioleta
e natural no campo.
83
Figura 10. Variação da rigidez secante a 5% de deformação com o tempo de
degradação por ciclos de saturação e secagem, radiação
ultravioleta e natural no campo.
Figura 11. Variação da rigidez secante a 10% de deformação com o
tempo de degradação por ciclos de saturação e secagem,
radiação ultravioleta e natural no campo.
84
5.1.1 Materiais Intactos
O comportamento mecânico da geomanta de fibra de sisal pode esta relacionada
com a origem dos materiais e sua composição química, podendo sugerir uma diferença
na resistência a tração de acordo com a variação da origem da fibra de sisal utilizada
como matéria prima. Segundo Martin et al., 2009, os resultados obtidos para a fibra de
sisal cultivada no Brasil em relação às propriedades de resistência à tração, módulo de
elasticidade e porcentagem de alongamento mostraram que a resistência e o módulo da
elasticidade na região da folha próxima a raiz, ou parte basal são baixos, enquanto que a
deformação é alta, sendo a parte intermediária mais resistente e rígida e, a parte apical
apresenta rigidez moderada folha. Assim pode-se sugerir que em uma mesma peça de
geomanta pode-se ter fibras com diferentes propriedades mecânicas. Ainda atribui os
altos valores para os desvios padrão em testes de resistências mecânicas de fibras de
sisal a variação de diâmetro e com parâmetros estruturais das fibras naturais.
As fibras vegetais são compostas basicamente de celulose e lignina entre outros
compostos em menor quantidade, o conjunto deste composto se traduz em
características específicas para cada material (SANTIAGO e SELVAM, 2007).
Pode ser constata do uma menor dispersão dos resultados dos materiais intactos
quando relacionados com os outros materiais degradados, esta menor dispersão pode
sugerir um aumento da heterogeneidade dos materiais quando submetidos a degradação.
Joseph et al., (2003) citado por Rodrigues (2007), afirma que as propriedades
mecânicas dependem da orientação das fibras, no qual o desempenho estrutural pode ser
avaliado por análises mecânicas na direção do alinhamento das fibras em diferentes
frações de volumes das fibras. É fato que o material intacto apresentou resistência a
tração inferior ao observado no segundo nível de degradação por saturação e secagem,
como também bem inferior ao apresentado pelo fabricante.
5.1.2 Degradação Natural em Campo
Para as amostras degradadas naturalmente no campo pode ser observada elevada
queda na resistência em relação ao material intacto para o primeiro e segundo ciclo de
degradação (90 e 180 dias). O segundo nível de degradação apresentou a menor
85
resistência atração para todos os ensaios realizados, o nível elevado de degradação pode
ser observado na Figura 12.
Figura 12. Corpos de prova submetidos à degradação natural em campo; (a) após 90
dias de degradação e (b) 180 dias de degradação em campo.
O primeiro nível de degradação (90 dias) ocorreu alteração na cor com a perda
de brilho da fibra, foi constatado também e o início do desenvolvimento da vegetação
rasteira (figura 13), sendo que quase totalmente revegetado no segundo nível de
degradação (180 dias), fato que pode ter propiciado a formação de um ”microclima”
potencializando reações químicas e ação biológica contribuindo para a aceleração da
degradação.
Carneiro et al., (2006) observou alteração na cor de geotêxteis submetidos à
degradação natural, ele atribuiu ao acumulo de pequenas partículas nas fibras. Observou
também que após 3 e 6 meses de exposição o material não apresentava nenhum sinal de
degradação e que aos 9 meses de exposição era possível observar a liberação de
pequenos pedaços de fibras indicando a ocorrência de despolimerização, após 12 meses
de exposição pode ser observado que a estrutura apresentava-se bastante danificada
tendo ocorrido diminuição considerável da espessura do material.
O período do ano que foi implantado o experimento com maior incidência de
radiação ultravioleta e alta umidade relativa do ar devido à proximidade do Rio São
Francisco constituem também variáveis que possivelmente contribuirão para a
aceleração da degradação e a nulidade da resistência nos corpos de prova submetidos ao
b)
a)
86
ciclo de 180 dias de degradação natural. A exposição no Verão, devido às elevadas
temperaturas e ao aumento da radiação UV que atinge a superfície terrestre, é mais
severa para os materiais que no Inverno. A radiação UV incidente varia dependendo do
local geográfico, da existência de nuvens e/ou nevoeiro, da proximidade de ambientes
industriais, entre outros fatores (CARNEIRO et al., 2006).
Figura 13. As geomantas de fibra de sisal submetidas a degradação natural em
campo: (a) Após 90 dias de degradação e (b) após 180 dias de
degradação.
5.1.3 Degradação acelerada em laboratório
Apesar de vantagem da rapidez, a degradação acelerada em laboratório pode
fornecer resultados imprecisos, em função de mecanismos paralelos ocorridos nas
amostras (SILVA, 2002).
É possível observar com os resultados obtidos para a degradação acelerada em
laboratório com ciclos de saturação e secagem e exposição à radiação ultravioleta que
os procedimentos de degradação adotados afetam a estrutura das geomantas diminuindo
sua resistência. As amostras degradadas pela exposição aos ciclos de condensação e à
radiação ultravioleta apresentaram maiores níveis de degradação com o aumento de
tempo de degradação.
a)
b)
87
A degradação por ciclos de condensação e exposição à radiação ultravioleta foi o
procedimento que apresentou maiores efeitos de degradação porem a degradação em
campo apresentou maior intensidade.
6 Conclusões
Os corpos de prova do material intacto apresentaram resistência menor que os
materiais degradados em campo, e em laboratório contrariando a bibliografia
consultada.
Para a metodologia utilizada à degradação em campo apresentou os maiores
níveis de degradação da geomanta, apresentando resistência, observando que para o
primeiro nível de degradação a força de tração empregada foi superior ao do material
intacto.
Com os dados obtidos não foi possível manter uma relação entre os níveis de
degradação em campo e em laboratório, sendo necessário novas pesquisas com
diferentes tempos de degradação e outros métodos de degradação em laboratório para
traçar tal paralelo.
Quanto à resistência a tração não confinada, existe uma redução da resistência a
tração com a degradação do material estudado. O tratamento que apresentou maiores
níveis de degradação foi o natural em campo apresentando uma sensível redução para o
segundo nível de degradação (180 dias).
7 Recomendações
Realizar trabalhos que avaliem os efeitos do clima na degradação das geomantas
de fibra de sisal.
Realização pesquisas que envolvam a degradação biológica das geomantas.
Realização de ensaios reduzindo os tempos de degradação natural e aumentando
os temos de degradação em laboratório, como também reduzindo os intervalos entre os
níveis de degradação.
Para melhor simulação da situação de campo, sugere-se realizar experimentos
88
envolvendo diferentes tratamentos de degradação concomitantemente para os mesmo
corpos de prova.
Após a o ajuste de metodologia fazer os cálculos de simulação de previsão de
comportamento a longo prazo para a geomanta de fibra de sisal.
89
8 Referências Bibliográficas
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12824:
Geotêxteis – Determinação da resistência à tração não-confinada – Ensaio de tração de
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2002.
VERTEMATTI, J. C. Manual Brasileiro de Geossintéticos. 1ª ed. São Paulo: Edgard
Blücher Edgard Blucher, 2004.
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