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Título: Uma abordagem experimental para a obtenção da taxa de erosão de solos através de um aparato do tipo pistão.
Autor(es): Mantovanelli, Gabriel Baldanza
Orientador: Pires, Patrício José Moreira
Coorientador: Saliba, Aloysio Portugal Maia
Data do documento: 5-Set-2016
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Podemos afirmar que a erosão é tão antiga quanto à própria Terra, sendo oriunda de fenômenos naturais que agem continuamente na crosta terrestre, decorrente do processo de modificação do planeta. Entretanto, a ação do homem quebra a harmonia natural, por meio da inserção de práticas que destroem o equilíbrio das condições desse processo, causando grandes prejuízos para diversas atividades econômicas e ao meio ambiente. No Brasil, a erosão hídrica é a mais importante. Podemos listar diferentes exemplos de problemas ocasionados pela erosão. As opções vão desde as perdas de produtividade agrícola devido à degradação de terras produtivas, o rompimento de barragens por galgamento com a formação de brechas e o colapso de pontes decorrentes da erosão do solo de fundação. A necessidade de se conhecer o comportamento erosivo dos solos é evidente em diversas áreas de conhecimento, especialmente, da engenharia civil e geotécnica. Uma grande maioria das diretrizes traçadas para o estudo da erosão dos solos foi desenvolvida para solos grossos, especificamente areias e pedregulhos, aos quais não há a presença das forças eletroquímicas, gerando assim modelos matemáticos simplificados ao peso-próprio da partícula de solo. Na busca por um estudo abrangente a solos coesivos e não coesivos, é proposto um aparato de teste que busca complementar essa lacuna de conhecimento, através do conceito da erodibilidade. A erodibilidade de um material é definida como a taxa de erosão vertical a que o material está sujeito quando exposto a uma dada velocidade de escoamento. O presente trabalho pretende avaliar de forma experimental, através do aparato desenvolvido, o comportamento erosivo de um solo e sua respectiva resistência ao cisalhamento para diversas velocidades de escoamento. Também, busca-se identificar a velocidade crítica e sua respectiva tensão de cisalhamento crítica, responsáveis pelo início do processo erosivo. O solo estudado foi classificado pelo Sistema unificado de classificação de solos (SUC) como uma areia argilosa (SC), proveniente do munício de Serra ES, (solo sedimentar com formação barreiras) com um percentual de finos igual a 44,9% ± 1,3 %. Através dos resultados obtidos do aparato de teste, busca-se realizar e avaliar a classificação erosiva do solo utilizando a metodologia apresentada pela circular HEC-18 (2012) da Federal Highway Administration (FHWA-USA), que relaciona a erodibilidade do solo e o SUC, em termos do diâmetro mediano dos grãos. Finalmente, aspira-se validar o aparato de teste proposto como uma excelente ferramenta para o estudo erosivo de solos coesivos e não coesivos, através do conceito da erodibilidade.
We can say that erosion is old as the Earth itself, which originated from natural phenomena that act continuously in the Earth's crust, resulting from the modification process of the planet. However, human action breaks the natural harmony by inserting practices that destroy the balance of the conditions of this process, causing major damages to the economy and to the environment. In Brazil, erosion by water is the most important erosion process. We can list different examples of problems caused by erosion. The options are the loss of agricultural productivity due to the degradation of productive land, dam failures by overtopping with the formation of erosion gaps and the collapse of bridges due the scour. The necessity to know the erosional soil behavior is evident in several engineering areas, especially to the civil engineering and geotechnical engineering. The great majority of the guidelines established for the study of soil erosion were developed for coarse grained soils, particularly to sands and gravel, in which the absence of electrochemical forces allow the use of simplified mathematical models based on the weight of each soil particle. To achieve a general study about cohesive and non-cohesive soils, it is proposed an apparatus to fill this knowledge gap through the concept of erodibility. The erodibility of a material is defined as the erosion rate to which the material is subject when exposed to a flow. This study aims to evaluate experimentally through the developed apparatus the erosive behavior of a soil and its respective shear strength for different flow velocities. Also, this work seeks to identify the critical velocity of the material and his respective critical shear stress responsible for the sediment motion. The studied soil was classified using the unified system of soil classification (SUCS) as clayey sand (SC) from the city of Serra - ES (sedimentary soil), with a percentage of clay and silts equal to 44.9% ± 1.3%. Through the result of the tests, this paperwork used the erosion classification of soil through the erosion rate and the flow velocity as proposed on the circular HEC-18 (2012) of the Federal Highway Administration (FHWA-USA) which relates the erodibility with the SUCS classification in terms of soil's mean diameter. It was noted that the average erosional time observed was reduced to its half for velocity increments of 0.5 m/s. Hence, the erosion rate approximately doubles for the same velocity increments. It was also noted that moreasing soil fines content can influence the soil behavior, decreasing the erosion rates.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9472
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