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Sistema Vetiver como solução de controle erosivo e melhorias na estabilidade de taludes

[vc_row row_type=”row” type=”full_width” text_align=”left” css_animation=””][vc_column][vc_text_separator title=”O geólogo Thiago Teixeira e o engenheiro civil Aloísio Pereira explicam como funciona o Sistema Vetiver” border=”no”][vc_empty_space][vc_single_image image=”15632″ img_size=”large” alignment=”center” qode_css_animation=””][vc_empty_space][/vc_column][/vc_row][vc_row row_type=”row” type=”full_width” text_align=”left” css_animation=””][vc_column][vc_column_text]A utilização de técnicas de bioengenharia, que combinam elementos vegetais com materiais inertes, está ganhando cada vez mais destaque na elaboração de projetos geotécnicos de estabilização de taludes e controle de erosões. A utilização da vegetação como elemento fundamental dos projetos possui diversas vantagens, principalmente em relação aos custos da obra e na facilidade de execução. Entretanto, o conhecimento dos processos de interação entre a planta e o solo é de suma importância para que seja realizada a seleção das espécies vegetais mais apropriadas a cada caso, bem como no correto dimensionamento da quantidade de plantas, geometria de plantio e na combinação com técnicas tradicionais de engenharia, como muros de gabiões ou mesmo telas metálicas e chumbadores.

 

Um dos precursores da bioengenharia no Brasil e autor do livro Como Selecionar Plantas Para Áreas Degradadas e Controle de Erosão, editora FAPI (2008), e diretor-executivo da Deflor Bioengenharia, Aloísio Rodrigues,ressalta que a importância do conhecimento que o engenheiro deve possuir ao escolher determinada espécie de vegetação para um projeto. Por ser um elemento vivo está sujeita aos fatores naturais, o que lhe confere a característica de estar em constante mudança. O clima, o solo, a umidade e os objetivos que se pretendem alcançar com o projeto devem ser bem definidos, de modo que a escolha da espécie vegetal seja criteriosa promovendo assim os melhores resultados na sua aplicação.

 

Um dos grandes desafios de geotécnicos que optam pelo uso da bioengenharia é mensurar a real contribuição da vegetação na estabilidade de taludes de solo. Apesar de ser consenso que a ausência desta expõe o solo às intempériest ornando-o mais suscetível aos processos erosivos, como a erosão por impacto das gotas de chuva e o escoamento superficial.

 

Os efeitos da vegetação nos projetos geotécnicos podem ser divididos basicamente em duas partes:

  1. A parte aérea, como folhas e caules, que são essenciais para o combate à erosão, principalmente por funcionarem como barreiras hidráulicas, reduzindo a velocidade do fluxo superficial, e “filtrando” sólidos em suspensão, diminuindo muitas vezes de forma significativa a perda de solo por carreamento.
  2. O sistema de raízes compõe a parte enterrada da planta, e a sua contribuição ocorre essencialmente nos ganhos de resistência do solo, devido às interações entre solo e raiz. Os ganhos de resistência são associados ao aumento da chamada coesão aparente, contribuindo assim para melhoria da estabilização do solo.

 

O uso do Vetiver na bioengenharia

O vetiver, “Chrysopogonzizanioides (L.) Roberty“, uma planta de origem asiática, do grupo das gramíneas, destaca-se dentre as espécies vegetais mais utilizadas no mundo para projetos de bioengenharia de taludes, principalmente quando aplicado ao controle de processos erosivos e de estabilização de taludes de solo. Suas características únicas lhe conferem a capacidade de ser adaptável a diversos ambientes, suportando variações de temperaturas extremas, desde -50º até 40º graus célsius, índices pluviométricos extremamente baixos como em países como Kuwait, até grandes períodos chuvosos como as monções do sul da Ásia, onde em países como o Vietnã é amplamente aplicada em taludes rodoviários.

Sistema Vetiver

Talude de aterro protegido com fileiras de Vetiver espaçadas de 1 metro em rodovia no Vietnã (Foto: Vane Truong )

Tabela 01

Vantagens Características
Eficiência em projetos Forma uma cobertura densa, protege o solo contra a erosão pelo impacto das gotas de chuva
Contribui para melhoria da estabilidade do talude O sistema de raízes fibroso do Vetiver forma um emaranhado que se adere ao solo contribuindo para o aumento da coesão aparente
Custos de projeto A manutenção do Vetiver exige poucos investimentos
Ambientalmente amigável O Vetiver não produz rizomas ou estolões, sendo estéril, não se torna uma espécie invasora
Resistência da planta A coroa do Vetiver permanece abaixo da superfície do solo, o que proporciona proteção contra incêndios e congelamento
Ambientalmente amigável Possui resistência a muitas doenças
Eficiência em projetos Por ser uma planta xerófita, suporta climas áridos e até mesmo regiões salinas
Eficiência em projetos Por ser também uma planta hidrófita, suporta longos períodos embaixo d’água ou mesmo permanentemente com parte da planta submersa
Ambientalmente amigável A planta funciona como fixador de nitrogênio sendo utilizada para recuperação de áreas degradadas auxiliando outras plantas a se desenvolverem
Custos de projeto Sua facilidade de propagação e baixa manutenção permite ser utilizada em projetos de engenharia, contribuindo para a redução de custo
Eficiência em projetos O Vetiver cresce em praticamente todos os tipos de solos, independentemente da fertilidade, pH ou salinidade, o que inclui solos arenosos, xistosos, cascalhosos e até mesmo solos com toxidade em alumínio

 

Eficiência em projetos Suporta climas variados em um range de temperatura que varia de -9º C até 45º C, além de variações de precipitação que podem ir de 200 mm anuais até 6.000 mm como no caso de taludes no Vietnã

De acordo com Aloísio Rodrigues (2008), o uso do Vetiver como planta para a estabilização de solos iniciou-se na Ásia, principalmente na Índia, há aproximadamente três mil anos. Suas primeiras aplicações em geotecnia eram em taludes cultivados que apresentavam perdas de solo por erosão e as barreiras de Vetiver auxiliavam na redução de perda de solo. Além de sua aplicação como barreira de proteção para o solo o Vetiver também é utilizado na biorremediação de água e solo, como fixador de nutrientes, aromatizantes, perfumes finos e planta medicinal.

O pioneirismo no desenvolvimento do Vetiver como ferramenta de proteção de taludes se deu com John Greenfield, da Nova Zelândia, e o norte-americano Richard Grimshaw, cujo apoio do Banco Mundial foi primordial para o desenvolvimento da tecnologia em outros países. Nesse aspecto, o australiano Paul Truong trouxe muitas contribuições importantes, estudando as características dessa planta na criação de barreiras vivas e outros usos na conservação dos solos (Figura 02).

Sistema Vetiver

Raízes de Vetiver podem crescer até 3 metros de profundidade a depender dos tipos de solo (Foto: : Truong, Van e Pinners)

Vetiver e a interação solo-raiz

A capacidade do Vetiver em contribuir para a estabilidade de taludes de solo está relacionada ao desenvolvimento do seu sistema de raízes, que se destaca como a principal vantagem da planta em projetos de bioengenharia. De acordo com Teerawattanasuket al. (2014), os efeitos do reforço das raízes no solo dependem das características morfológicas do sistema de raízes, da tensão de resistência das raízes e da distribuição espacial das plantas no solo.

 

As raízes do Vetiver se desenvolvem de forma vertical, provendo a ancoragem da planta no solo, enquanto que o desenvolvimento lateral promove a estabilização do solo ao redor da planta. As raízes mais finas são como pregagens nos taludes, reforçando o solo no mesmo sentido que o concreto é firmado com barras de aço. Essa característica da contribuição das raízes no reforço do solo resulta no aumento da coesão do solo, que pode ser tida como uma coesão aparente adicional. Como as raízes agem no reforço ao cisalhamento durante um processo de ruptura em um talude, este reforço será maior no caso das raízes interceptarem a superfície de ruptura provendo uma maior contribuição para a estabilidade do talude (Figura 03).

Sistema Vetiver

Forças atuantes na ruptura do solo com sistema de raízes no plano de ruptura (Imagem: Teixeira 2017, modificado de Holsworth, 2014)

Entretanto apesar dos bons resultados que o vetiver vem apresentando nas obras civis, principalmente na estabilização de taludes e na redução de processos erosivos em encostas, sejam elas naturais ou artificiais é preciso quantificar os ganhos que a sua aplicação pode trazer e como o fator de segurança se comporta contribuindo na efetiva redução de processos de movimentação de solos.

No Brasil pesquisas recentes, tais como as de Teixeira (2017) e Barbosa (2012), desenvolvidas em trabalhos de mestrado e doutorado no NUGEO (Núcleo de Geotecnia Aplicada) da UFOP (Universidade Federal de Ouro Preto), demonstraram que o sistema solo-raiz do Vetiver possui relação com o reforço da resistência do solo ao cisalhamento. De acordo com os autores, os resultados das pesquisas comprovaram a capacidade da planta em contribuir na prevenção de escorregamentos rasos em taludes de solo.

Os estudos consistiram na realização de ensaios de cisalhamento direto in situ em amostras de solo com a presença de raízes de Vetiver e em solos sem raízes de modo a comparar a diferença nos parâmetros geotécnicos do solo como coesão (c) e ângulo de atrito (φ).Apesar de muitos autores afirmarem que as raízes do Vetiver podem alcançar até 3 metros de profundidade, a depender do tipo de solo e condições de umidade, a contribuição efetiva para a maioria dos problemas de escorregamentos rasos ocorre entre 1m  e 1,5 m de profundidade.

 

Sistema Vetiver

Mecanismo de estabilização de taludes contra escorregamentos rasos pelas raízes de vetiver (Fonte: Teixeira 2017, adaptado de Hengchaovanich e Freudenberger, 2003)

Teixeira (2017) explica que o trabalho consistiu em uma etapa de campo, onde foram identificadas plantas com idade adulta, aproximadamente cinco anos, localizadas em taludes que tenham sido plantadas de forma controlada a partir de projetos de estabilização. Após a escolha da planta procedeu-se a escavação do entorno da base do Vetiver, preservando-se ao máximo o sistema de raízes e a base. O solo foi moldado em dimensão de 30 cm x 30 cm formando uma base quadrada abaixo da coroa do Vetiver com comprimento de 1,20 m, profundidade total do sistema de raízes identificado na amostragem (Figuras 05 e 06).

Sistema Vetiver

Abertura da trincheira para a coleta das amostras indeformadas e corte da folhagem; (b) Moldagem da amostra com instrumentos apropriados evitando-se danos à estrutura do solo

Sistema Vetiver

Sequência de coleta de amostras indeformadas com raízes de Vetiver na idade de cinco anos: (a) Abertura da trincheira; (b) Molde do corpo de amostras abaixo da planta de Vetiver; (c) Proteção com talagarça e (d) Acondicionamento na caixa de madeira

Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados em cinco amostras indeformadas diferentes, sendo uma delas sem a presença de raiz de Vetiver e outras quatro com a presença de raiz, variando-se a profundidade em que cada uma delas foi coletada. De cada uma das amostras foram retirados quatro corpos prova para ensaios de cisalhamento direto com diferentes tensões normais aplicadas de 25 a 200 KPa, ou seja, no total 20 ensaios tiveram seus resultados compilados para análise.

Sistema Vetiver

Preparação do corpo de prova para o ensaio de cisalhamento direto com a presença de raízes

Pelo critério de ruptura de Mohr-Coulomb foi determinado o valor da resistência ao cisalhamento do solo sem raiz e do solo com a presença das raízes para cada uma das profundidades. O objetivo era obter um parâmetro de incremento da coesão do solo devido a presença das raízes e sua variação com a profundidade no solo.

 

De acordo com Teixeira (2017), os resultados evidenciaram um aumento da coesão aparente em profundidades mais próximas a base da planta, devido ao aumento da densidade de raízes. O pesquisador diz que essa variação na coesão do solo refletiu diretamente na resistência ao cisalhamento, ou seja, o que se observa é um comportamento diferente para cada profundidade em que a raiz do Vetiver atua. Esse fato deve ser considerado pelos projetistas que recomendam o uso da bioengenharia, uma vez que não se terá os efeitos esperados simultaneamente ao longo do sistema de raízes, a planta irá desempenhar a sua contribuição a medida que se desenvolve. A tabela 02 abaixo evidencia os resultados dos ensaios de cisalhamento direto, com os valores de tensão de pico para cada uma das amostras.

 

A medida que as análises alcançaram profundidades próximas do limite de atuação das raízes os valores de resistência de pico ao cisalhamento se igualam com as amostras de solo sem raiz.

 

Tabela 02

Tensão normal aplicada Amostra sem raiz Amostra com raiz

(Prof. 0,0 a 0,30 m)

Amostra com raiz

Prof. (0,30 a 0,60 m)

Amostra com raiz

(Prof. 0,60 a 0,90 m)

Amostra com raiz

(Prof. 0,90 a 1,20 m)

σ (KPa) τ (KPa) τ (KPa) τ (KPa) τ (KPa) τ (KPa)
25 33,31 71,75 74,31 54,18 32,58
50 55,91 120,25 100,33 86,55 58,68
100 100,32 146,51 124,27 126,38 100,72
200 189,62 225,02 204,53 198,07 174,65

 

A versatilidade do Vetiver permite que a planta se adapte a diversos tipos de ambientes, e que sua aplicação quando combinada com outros materiais como biomantasanti-erosivas têm seu desenvolvimento potencializado. Há ainda a possibilidade de se combinar o uso do Vetiver com materiais tradicionais da geotecnia de taludes como as telas metálicas de dupla torção e até mesmo tirantes, formando as chamadas “cortinas verdes”.

 

Um dos casos de aplicação do sistema Vetiver ocorreu na contenção de processos erosivos em um talude de praia. A erosão costeira avançava progressivamente em direção aos condomínios, podendo causar sérios danos a suas estruturas, reduzindo a área real dos imóveis além de comprometer o turismo local.

Solução com capim Vetiver aliou a resistência à salinidade com o padrão estético desejado. A capacidade de enraizamento da planta criou uma barreira natural contra a força das marés e as folhas contribuíram reduzir o transporte de sedimentos pelo vento. Como resultado preservou-se os solos orgânicos nas áreas dos condomínios e a manutenção pouco onerosa para os moradores se limita a realização de podas que realçam o efeito estético da planta.

Sistema Vetiver

Antes 

Sistema Vetiver

Depois

Muitos projetos de recuperação de áreas degradadas, principalmente em taludes utilizam a bioengenharia como solução. Em um desses casos utilizou-se a combinação de barreiras retentoras, conhecidas como “bermalongas” e biomantasanti-erosivas para auxiliar na redução de transporte de sedimentos e fixar o solo até o desenvolvimento da planta. O vetiver foi aplicado em linhas paralelas que seguindo as curvas de nível, transversal ao fluxo de água.

Sistema Vetiver

Antes

A aplicação de biomantas garantiu o sucesso da implantação de vegetação, melhorando as propriedades do solo em favor das plantas ao mesmo tempo que é anulado o potencial erosivo da encosta.

Sistema Vetiver

Depois

Em dos casos mais complexos, principalmente devido às proporções do projeto as margens de talude um de aterro ferroviário, a solução do sistema Vetiver possibilitou a empresa reduzir os custos e garantir a eficiência da solução reduzindo o risco de movimentação de massa, comprometendo a estabilidade e integridade da via. O solo com baixa porcentagem de matéria orgânica é difícil implantação com o uso de plantas e sistema de drenagem danificado.

Sistema Vetiver

A combinação da solução com linhas de Bermalongado tipo D40® reduziram sensivelmente o carreamento de partículas de solo e aumentaram a resistência do aterro pela profundidade das raízes. Um dos efeitos imediatos e a melhoria da drenagem do talude com a redução da velocidade do escoamento e mesmo em período chuvoso a integridade dos taludes foi preservada.

Sistema Vetiver

As pesquisas desenvolvidas mostram que as propriedades de resistência à tração do Vetiver e suas características morfológicas conferem a planta um comportamento único na bioengenharia de taludes. A capacidade de contribuir para a redução de processos erosivos e melhoria do FS em taludes de solo são condições essenciais para projetos geotécnicos que buscam unificar soluções de menor custo e que sejam compatíveis com o meio ambiente. É preciso continuar as pesquisas, principalmente no que se refere aos parâmetros quantitativos da relação solo-raiz.

AUTORES

Thiago Marques Baptista Teixeira é geólogo formado pela UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), especialista em Mining Projects pela Fundação Gorceix, da UFOP, e mestre em Engenharia Geotécnica pela UFOP. Possui experiência em projetos multidisciplinares de geotecnia e hidrogeologia em várias regiões do Brasil. Atualmente é especialista de hidrogeologia e geotecnia na Fundação Renova.

 

Aloísio Rodrigues Pereira é graduado em engenharia Florestal, engenharia ambiental, engenharia civil e engenharia química. Mestre em economia e doutor em solos. Diretor-executivo da empresa Deflor Bioengenharia desde 1984, atuando nas áreas de contenção, controle de erosão e sedimentos e bioengenharia de solos. Autor do livro “Como Selecionar Plantas para Áreas Degradadas e Controle de Erosão”.

Coordenador da seção “Geotecnia Ambiental”:

Marcio Fernandes Leão é geólogo pela UFRJ, possui MBA (Master of Business Administration) em Gerenciamento de Projetos pela USP (Universidade de São Paulo), É mestre em Geotecnia pela UERJ (Universidade do Estado do Rio de Janeiro), mestre e doutorando em Geologia de Engenharia e Ambiental, pela UFRJ. Atualmente é pesquisador do LEMETRO (Laboratório de Experimentos em Mecânica e Tecnologia de Rochas) da UFRJ.

 

REFERÊNCIAS

 

BARBOSA, M. R. Estudo da aplicação do vetiver na melhoria dos parâmetros de resistência ao cisalhamento de solos em taludes. 2012. 147f. Tese (Doutorado em Geotecnia – Universidade Federal de Ouro Preto, Núcleo de Geotecnia  Aplicada, Ouro Preto, 2012.

 

HENGCHAOVANICH, D.; FREUDENBERGER, K. S. Vetiver victorious: the systematic use of vetiver to save Madagascar’s FCE Railway. TechnicalBulletin, PRVN-ORDPB, n. 2, 2003.

 

HOLSWORTH, L. Numerical analysis of vegetation effects on slope stability. 2014. 72f. Dissertação (Mestrado em Geotécnica) – University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna, 2014.

 

PEREIRA, A. R. Como selecionar plantas para áreas degradadas e controle de erosão. Belo Horizonte: FAPI, 2008. 239p.

 

PEREIRA, A. R. Uso do vetiver na estabilização de taludes e encostas: barreiras vivas de vetiver em taludes. Boletim Técnico, v. 1, n. 3, p. 1-20, 2006.

 

TEERAWATTANASUK, C. et al. Root strengths measurements of vetiver and Ruzi grasses. Lowland Technology International, v. 16, n. 2, p. 71-80, 2014.

 

TEIXEIRA, T. M. B. Análise da influência das raízes de vetiver nos parâmetros de resistência dos solos com a profundidade. 2017. 217f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Geotécnica)– Universidade Federal de Ouro Preto, Núcleo de Geotecnia Aplicada, Ouro Preto, 2017.

 

TRUONG, P.; VAN, T. T.; PINNERS, E. Vetiver system applications: technical reference manual. 2. ed. Vietnam: The Vetiver Network International, 2008c. 127p.

 

VAN, T. T.; TRUONG, P. Vetiver system for infrastructure protection in Vietnam: A review after fifteen years of application on the Ho Chi Minh Highway (2000- 2014). In: INTERNATIONAL VETIVER CONFERENCE, 6., 2015. ICV6 Complete Conference Procedures – Papers and Presentations. Vietnam: TVNI, 2015. 15 p.

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