Análise de Estabilidade de um Talude de Corte Submetido a
Técnicas de Bioengenharia
Camyla Magarete Magalhães de Oliveira
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil,
[email protected]
Hugo Portocarrero
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil,
[email protected]
Tácio Mauro Pereira de Campos
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
Aluísio Granato de Andrade
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária/ Embrapa-Solos, Rio de Janeiro, Brasil,
[email protected]
Fernando Nóbrega Mendes Protásio
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil,
[email protected]
Francisco Escobar
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro/ PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil,
[email protected]
RESUMO: Este trabalho tem como objetivo analisar o incremento de resistência ao cisalhamento de
um talude de corte localizado no Aeroporto Internacional do RJ ­ Galeão/Tom Jobim,
proporcionado pela vegetação implantada por meio da aplicação de técnicas de bioengenharia. Para
determinar os parâmetros foram realizados ensaios de caracterização e cisalhamento direto em
amostras com raízes da espécie arbustiva Acacia auriculiformis e sem a presença de raízes, o que
foi possível graças à existência de uma faixa do talude desprovida de vegetação. Os corpos de prova
foram retirados na profundidade de 0 a 0,35m. Foi verificada a área radicular presente no perfil de
solo por meio do programa SIARCS da Embrapa, e posteriormente foram realizadas análises de
estabiliade utilizando os métodos do talude infinito (T.I.) e de Morgenstern-Price (M&P), este
último com auxílio do software GEOSLOPE. Os resultados obtidos nesta pesquisa indicaram
diferenças consideráveis nos parâmetros obtidos nas amostras com e sem raízes, sendo encontrada
uma coesão efetiva (c') de 4,83 kPa e ângulo de atrito efetivo (') de 21,76° nos corpos de prova
sem raízes e c' igual a 5,98 kPa e ' de 31,25° nos corpos de prova com raízes. Foi obtido um maior
fator de segurança nas análises de estabilidade considerando o solo com raízes (1,47 pelo método de
M&P) em relação ao solo sem raízes (1,05 pelo mesmo método). Os resultados indicam a
importância de investigações futuras envolvendo repetições com diferentes estágios de
desenvolvimento da vegetação, diferentes espécies vegetais e uso dos parâmetros como área
radicular, massa fresca de raízes, dentre outros nos corpos de prova e no perfil de campo.
PALAVRAS-CHAVE: talude de corte, reforço radicular, cisalhamento direto, estabilidade.

1

INTRODUÇÃO

As técnicas de bioengenharia de solos para
estabilização de taludes consistem na utilização
de raízes e troncos como elementos para
contenção e proteção do solo. Tais técnicas
envolvem ainda a utilização combinada de
vegetais e elementos inertes (como concreto,
pedra, madeira e geotêxteis), visando à
estabilização e o controle de processos erosivos,
o que pode ser aplicado a taludes e encostas,
margens de rios, sistemas de trilhas, aterros
sanitários e áreas mineradas dentre outros.
A ampliação da consciência dos efeitos
nocivos da degradação ambiental e a
comprovação através de inúmeros estudos
recentes de que o uso da vegetação é uma
alternativa ecológica, de baixo custo para
problemas de contenção de encostas, tem
incentivado
o
desenvolvimento
do
conhecimento do papel da vegetação na
estabilidade de taludes e encostas, permitindo
assim aumentar cada vez mais a eficácia dos
projetos de recuperação ambiental em áreas
urbanas e rurais.
Dentre os principais efeitos benéficos da
vegetação conhecidos destaca-se o seu aspecto
regulador do regime hidrológico, além do
incremento da resistência dos solos promovido
por mecanismos como o reforço radicular. Por
outro lado, a ação dos ventos sobre as copas das
árvores, além de seu próprio peso, poderá gerar
sobrecarregas e instabilidade em taludes e
encostas.
Para avaliar a distribuição dos sistemas
radiculares no perfil do solo, na maioria dos
trabalhos, é aberta uma trincheira, sendo
realizadas as aferições e tomadas imagens por
meio de desenho (croqui), câmara fotográfica
ou filmadora.
Essa distribuição do sistema radicular ao
longo do perfil pode ser analisada com auxílio
de uma malha com 1 x 1 m, com 20 cm de
quadrícula e um total de 400 cm² de superfície
por quadrícula, segundo procedimento sugerido
por Jorge (1999). Desta maneira, o número de
raízes no perfil pode ser contado visualmente
nesta etapa, a partir da tomada de imagens de
cada uma das quadrículas separadamente.
Neste sentido, com o objetivo de auxiliar no
estudo de raízes, cobertura vegetal, porosidade

do solo, área e doenças foliares, dentre outras,
foi desenvolvido pela EMBRAPA-CNPDIA o
Sistema Integrado para Análise de Raízes e
Cobertura do Solo - SIARCS®, que se utiliza de
processamento e análise de imagens digitais
(Jorge & Crestana, 1996). O SIARCS possui
uma ferramenta que subdivide a imagem
original em função do número de colunas e
linhas desejadas, quantificando o percentual de
área radicular em cada uma delas.
Alguns autores consideram o método de
imagens digitalizadas um dos mais eficientes, já
que os resultados podem levar a maior exatidão
do que os obtidos por contagem manual (Jorge,
1999; Schroth et al., 1999). No entanto, há
necessidade de melhor preparo dos perfis, assim
como de equipamento digitalizador especial
(câmara digital e computador), o que faz com
que esse método seja uma forma de avaliação
mais custosa (Vega et al., 2005).
Os ensaios desenvolvidos para estimar a
influência do reforço das raízes sobre a
resistência ao cisalhamento dos solos podem ser
divididos em quatro tipos: testes de tensão de
tração, arrancamento (pull out), cisalhamento in
situ e cisalhamento em laboratório.
Em testes de tensão de tração tradicionais e
frequentemente realizados até hoje (Abernethy,
1999), normalmente um segmento de raiz é
tensionado e o valor máximo de tensão na
ruptura é medido (Burroughs & Thomas, 1977;
Ziemer & Swanson, 1977, Nakane et al. 1983;
Abe et al. 1986).
Os testes de arrancamento medem a
resistência máxima ao arrancamento da raiz no
solo, composta por um atrito tangencial entre o
solo e as raízes, sendo influenciada pela
elasticidade das raízes, ramificação, presença de
"cabeleira" ou raízes finas e a resistência à
tração nas junções das raízes (Abe & Ziemer,
1991). Este ensaio é iniciado com a exposição
de uma camada de solo reforçado com raiz,
através de escavação. Feito isso, utiliza-se uma
espécie de pinça, que será movimentada por
meio de um tifor, sendo as tensões de
arrancamento monitoradas em uma célula de
carga acoplada a um sistema de aquisição de
dados (Portocarrero et al, 2006).
Endo
&
Tsuruta (1969) foram uns dos primeiros a
desenvolver uma metodologia de avaliação dos
efeitos das raízes no solo através de testes de

cisalhamento in situ com blocos moldados em
solo contendo raízes vivas. Lawrance et al.
(1996) apresentaram resultados de ensaios
utilizando tal tipo de técnica que, apesar de
propiciar informações valiosas é, de um modo
geral, de difícil execução.
Cisalhamento em laboratório, utilizando
tanto equipamentos de cisalhamento direto
quanto triaxial, requer amostras consideradas
representativas do solo com raízes, o que nem
sempre é de fácil obtenção.
Eon (2009) realizou ensaios de arrancamento
de raízes de duas espécies arbóreas implantadas
na área estudada: a Acacia auriculiformis e
Mimosa caesalpiniaefolia. Nestes ensaios
mediu-se a força de tração no decorrer do
ensaio, até o momento da ruptura ou do
arrancamento da raiz do solo. Para realização
do experimento, foi utilizado um tifor com
capacidade de duas toneladas, uma célula de
carga em Z com capacidade de uma tonelada e
um leitor de dados (modelo 3101C da Alfa
Instrumentos), empregado para monitorar a
força de tração exercida no decorrer do tempo
(Figura 1).
Leitor de dados

Célula de carga
Tifor

2
2.1

MATERIAL E MÉTODOS
Área de estudo

O talude estudado está localizado na área
degradada do Galeão conhecida como Área z.
Esta área foi explorada como área de
empréstimo durante a década de 1970 e vem
sendo recuperada através da implantação de
técnicas de bioengenharia de solos desde 2007
sob a supervisão da Embrapa Solos. Um
trabalho de monitoramento hidrológico vem
sendo conduzido no talude desde então,
mediante a implantação de uma instrumentação
automatizada para medição da umidade e
sucção no solo, parâmetros meteorológicos e
hidrossedimentológicos, bem como referentes
ao desenvolvimento da vegetação (Portocarrero,
2009).
A execução das estratégias de RAD ocorreu
de junho de 2007 a março de 2008. As
principais etapas de recuperação da área Z
compreenderam (op. cit., 2009): conformação
de um talude de corte com inclinação de 1:1,5,
60m de extensão e 15m de comprimento de
rampa na vertente mais degradada da área Z e
instalação de parcelas de controle de erosão
(Figura 2); direcionamento dos fluxos de água
superficiais através da construção de terraços e
bacias de sedimentação; recobrimento do solo
com aparas de grama de modo a protegê-lo
contra erosão pluvial e escoamento superficial;
plantio de cordões de Capim Vetiver para
contenção da enxurrada na crista do talude.

Figura 1. Diagrama do ensaio de arrancamento.

Este trabalho teve como objetivo analisar o
incremento de resistência ao cisalhamento de
um talude de corte localizado no Aeroporto
Internacional do RJ ­ Galeão/Tom Jobim,
proporcionado pela vegetação implantada por
meio da aplicação de técnicas de bioengenharia.
Para determinar os parâmetros foram realizados
ensaios de caracterização e cisalhamento direto
em amostras com raízes da espécie arbustiva
Acacia auriculiformis e sem a presença de
raízes, o que foi possível graças à existência de
uma faixa do talude desprovida de vegetação.

Figura 2. Parcelas antes do trabalho de revegetação.
(Portocarrero, 2009).

Posteriormente foram instaladas três parcelas
revegetadas com técnicas distintas e mais uma
parcela vazia, com solo exposto para fins de
comparação. As técnicas de bioengenharia de
solos
utilizadas
em
cada
parcela
compreenderam (Figura 3):
· Parcela I: método adaptado da Embrapa

·
·

·

para recuperação de áreas degradadas
envolvendo plantio em linhas de capim
Vetiver e utilização de leguminosas
arbustivas e arbóreas de rápido
crescimento, inoculadas com bactérias
fixadoras de nitrogênio e fungos
micorrízicos arbusculares;
Parcela II: parcela vazia para fins de
controle;
Parcela III: plantios de gramíneas e
leguminosas rasteiras através de
hidrossemeadura;
Parcela IV: aplicação de biomanta antierosiva com semeio a lanço.

Figura 4. Perfil de solo com as raízes pintadas e com a
quadrícula utilizada no auxílio da digitalização das
imagens.

Os blocos indeformados foram extraídos na
mesma posição onde foi escavado o perfil de
solo para a avaliação do sistema radicular da
Acacia auriculiformis (Portocarrero, 2009),
sendo também realizada uma coleta de um
bloco sem a presença de raízes, localizado na
mesma faixa de solo, a 2 metros de distância do
primeiro (Figura 5).

Figura 3. Parcelas I e II após revegetação (setembro de
2009 - Portocarrero, 2009).

2.2
Avaliação
da
resistência
ao
cisalhamento em solos reforçados com raízes
O solo estudado foi retirado no terço médio do
talude, nas parcelas I (com vegetação) e II (sem
vegetação). Para avaliar o reforço radicular em
um solo, foram realizados dois procedimentos:
análise do perfil de solo (método das
trincheiras) e ensaios de cisalhamento em
corpos de prova moldados a partir do perfil
contendo raízes da espécie arbustiva Acacia
auriculiformis (4 anos e 10 meses após o
transplantio), e em amostras do mesmo solo
sem a presença de raízes.
A análise do perfil foi realizada por meio de
imagens digitais utilizando-se o Sistema
Integrado para Análise de Raízes e Cobertura
do Solo - SIARCS® (Jorge & Crestana, 1996).
As raízes que apareceram na face do perfil de
solo foram pintadas com tinta branca ou azul
para facilitar o contraste, conforme ilustra a
Figura 4, tendo sido utilizado uma quadrícula
de 26x20 cm na aquisição das imagens.

(a)

(b)
Figura 5. Coleta de blocos indeformados com auxílio de
chibanca. Observa-se a heretogeneidade do solo, acima
mais amarelado (a), e abaixo avermelhado (b).

2.3

Análises de estabilidade

Tabela 1. Área radicular (%) de Acacia auriculiformis
aos 1760 dias após o transplantio.
Quadrante % Raízes Quadrante % Raízes

Para fazer a análise de estabilidade do talude,
foram realizados ensaios de cisalhamento direto
em amostras de solo com e sem raízes. Os
fatores de segurança foram determinados
através dos métodos do talude infinito (T.I.) e
de Morgenstern-Price (M&P).
3

RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Avaliação do perfil de solo
A seguir são descritos os resultados das
avaliações dos sistemas radiculares de um
indivíduo da Acacia auriculiformis 1760 dias
após o transplantio. No que diz respeito às
avaliações pelo SIARCS, a Figura 6 e a Tabela
1 mostram os resultados obtidos.

1

27,31

5

10,65

2

57,66

6

12,75

3

72,75

7

9,48

14,89

8

4,49

4

Área Radicular Média (%) = 26,25

O
sistema
radicular
atingiu
uma
profundidade máxima de 1m. A raiz pivotante
não foi detectada no perfil de solo, porém
constatou-se que as raízes secundárias laterais
assumiram um crescimento vigoroso, chegando
a 10 cm de diâmetro. A malha de raízes finas
encontrada é pouco desenvolvida em relação às
raízes principais que ancoram a árvore.
3.3

Ensaios de cisalhamento direto

A Tabela 2 e a Tabela 3 mostram características
geotécnicas dos corpos de prova. O solo é
bastante heterogêneo quanto à coloração, que
varia de tons de roxo, vermelho e amarelo, e
quanto a textura por vezes arenosa ou argilosa,
com concreções lateríticas em algumas faixas.
A heterogeneidade pode ser percebida em sua
estrutura, que se apresenta estratificada.
(a)

Tabela 2. Características geotécnicas dos corpos de prova
sem raízes.
wi
t
d
Si
wf
N
Gs
e
(%) (kN/m³) (kN/m³)
(%) (%)
(kPa)
41
79
10
21

(b)

(c)
Figura 6. Processo de aquisição de imagens e binarização
para a interpretação no SIARCS.

2,7

12,0

16,4

14,7

0,8

40,9 25,9

12,8

16,7

14,8

0,8

44,6 26,3

14,6

17,3

15,1

0,7

53,3 29,2

11,6

17,5

15,7

0,7

46,4 27,1

Tabela 3. Características geotécnicas dos corpos de prova
com raízes.
wi
Si
wf
N
t
d
Gs
e
(%) (kN/m³) (kN/m³)
(%) (%)
(kPa)
41
15,27 18,51
16,06 0,60 66,9 25,68
84
18,27 18,12
15,32 0,67 70,9 23,85
2,6
7,45
19,48 17,73
14,84 0,73 70,0 26,61
22
20,52 18,03
14,96 0,71 75,2 27,25

A Figura 7 e a Figura 8 mostram os resultados
dos ensaios de cisalhamento direto executados,
respectivamente, no solo sem e com raízes.

Campos e Carrillo (1995) foram definidas as
tensões na ruptura (valores de tensão normal
vertical - rup e tensão cisalhante - rup na
ruptura) para os solos com e sem raízes
indicadas na Tabela 4.
Tabela 4. Interpretação dos ensaios de cisalhamento.
Sem Raízes
Com Raízes

Figura 7. Resultados dos ensaios de cisalhamento para
corpos de prova sem raízes.

rup (kPa)

rup (kPa)

rup (kPa)

rup (kPa)

9,9

11,4

7,3

10,6

21,5

10,3

22,3

13,5

42,12

14,99

44,4

32,6

81,3

37,8

89,9

60,7

Com estes dados foram definidas as
envoltórias de resistência mostradas na Figura
9. Os ajustes foram realizados utilizando-se três
dos quatro pontos em cada série de dados
devido
à
dispersão
dos
resultados
experimentais. No caso da envoltória para o
solo sem raízes o coeficiente de correlação
obtido com esta metodologia foi de 0,965,
sendo que o mesmo seria de 0,900
considerando-se toda a série de dados. No caso
do solo com raízes foi obtido um coeficiente de
correlação de 0,999 seguindo o mesmo
princípio.

Figura 9. Envoltórias de resistência obtidas. A reta
tracejada representa a envoltória do solo com raízes.

A partir das envoltórias mostradas na Figura
9 foram definidos os parâmetros de resistência
(c' e '), conforme indicado na Tabela 5.
Figura 8. Resultados dos ensaios de cisalhamento para
corpos de prova com raízes.

Tomando como base a Figura 7 e a Figura 8,
bem como a metodologia sugerida por de

Tabela 5. Parâmetros de resistência.
Análise
c' (kPa)
C.P. Sem Raízes
4,83
C.P. Com Raízes
5,98

' (°)
21,76
31,25

Os resultados obtidos nesta pesquisa indicam
que a presença do sistema radicular da Acacia
auriculiformis nos corpos de prova ocasionou
em um aumento significativo na coesão (de
4,83kPa para 5,98kPa) e no ângulo de atrito (de
21,76° para 31,25°).
3.4

Análises de estabilidade

No cálculo do fator de segurança, tanto pelo
método de Morgenstern-Price, como pelo
método do talude infinito (com a superfície de
ruptura imposta a 1,5m), os resultados
mostraram-se
superiores
na
análise
considerando os parâmetros de resistência do
solo com raízes, chegando a 1,47 (M&P), como
mostrado na Figura 10, e 1,39 (T.I.), em relação
ao solo sem raízes, onde o fator obtido foi de
1,05 e 1,01 respectivamente (Figura 11).

Figura 10. Resultado da análise de estabilidade com
raízes.

que houve um acréscimo acentuado nos
parâmetros de resistência obtidos nas amostras
com raízes. Foi obtido um maior fator de
segurança nas análises de estabilidade
considerando o solo com raízes (1,47) em
relação ao solo sem raízes (1,05), pelo método
de Morgenstern-Price. Observa-se que devido à
dispersão dos resultados experimentais foi
necessária a exclusão de alguns pares de dados
de rup e rup na definição das envoltórias de
resistência, visando melhorar as correlações
obtidas em seus traçados.
Deve-se levar em consideração que nas
simulações foi utilizado somente um material
para todo o corpo do talude, no caso o solo com
ou sem raízes. Tal consideração é uma
simplificação e pode levar a uma sobrestimativa
do fator de segurança para o solo com raízes, e
o mesmo não ocorre nos taludes, visto que a
vegetação desenvolve-se a partir da superfície e
cria uma zona de raízes com espessura, para o
caso estudado (conforme visto no subitem 3.2)
da ordem de 1m ocupando uma área radicular
média de 26,25%.
Os resultados desta pesquisa destacam a
importância
de
investigações
futuras
envolvendo repetições em diferentes estágios de
desenvolvimento da vegetação, diferentes
espécies vegetais, e ainda ajustes dos
parâmetros de resistência encontrados em
função das áreas radiculares (ou massa fresca de
raízes) nos corpos de prova e no perfil de
campo.
AGRADECIMENTOS
O presente trabalho foi desenvolvido como
parte do Projeto PRONEX E-26/111.436/2010,
desenvolvido em parceria com a Embrapa-Solos
e Infraero. Os autores agradecem o apoio dado
pela FAPERJ, CNPq, e CAPES.
REFERÊNCIAS

Figura 11. Resultado da análise de estabilidade sem
raízes.

4

CONCLUSÕES

Os resultados obtidos nesta pesquisa indicaram

Abe, K.; Ziemer, R.R. (1991) Effect of tree roots on a
shear zone: modeling reinforced shear stress.
Canadian Journal of Forest Research, Ottawa, v.21,
p.1012-1019.
Abernethy, B. (1999) The role of riparian tree roots in
reinforcing riverbanks. Tese de Doutorado. Monash
University, Clayton.
Burroughs, E.R.; Thomas, B.R. (1977) Declining roots
strength in Douglas fir after falling as a factor in slope

stability, Forest Service. Research paper, INT-190,
Ogden: Forest Service. 27p.
de Campos, T.M.P. and Carrillo, C.W. (1995) - "Direct
Shear Testing on an Unsaturated Soil from Rio de
Janeiro" - Unsaturated Soils - Alonso & Delage
editors, A.A. Balkema Publishers - ISBN 90 5410 583
6 - 1st. International Conference on Unsaturated
Soils - Paris - Vol. I, pp.31-38.
Endo, T.; Tsuruta, T. (1969) The effect of tree roots upon
the shear strenght of soil. Annual Report of the
Hokkaido Branch, Tokio Forest Experiment Station,
Tokyo, v. 18, p. 168-179.
Eon, C. M. (2009) Avaliação da Resistência ao
Cisalhamento de Raízes no Campo, Projeto Final de
Curso, Graduação em Engenharia Ambiental,
Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro.
Jorge, L.A.C. (1999) Descrição detalhada do método de
trincheira com produção de imagens para o uso do
SIARCS, Workshop sobre desenvolvimento do
sistema radicular: Metodologias e estudos de casos.
Aracajú: Embrapa Tabuleiros Costeiros, p. 255-268.
Jorge, L.A.C; Crestana, S. (1996) SIARCS® 3.0: novo
aplicativo para análise de imagens digitais aplicado a
ciência do solo. Congresso Latino Americano de
Ciência do Solo Águas de Lindóia-SP, Solo Suelo 96.
Campinas: Sociedade Brasileira de Ciências do Solo.
5p. CD-ROM.
Lawrance, C.J.; Rickson, R.J.; Clarck, J.E. (1996) The
effect of grass roots on the shear strength of colluvial
soils in Nepal. Advances in Hillslope Processes, v. 2.
Chichester: J Wiley.
Portocarrero, H. (2009) Avaliação do efeito de técnicas
de
bioengenharia
em
parâmetros
hidrossedimentológicos utilizando instrumentação
automatizada, Tese de Doutorado, Programa de PósGraduação em Geotecnia, Departamento de
Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do
Rio de Janeiro.
Portocarrero, H.; Andrade, A. G. de; de Campos, T. M.
P.; Fernandes, N. F. (2006) Aspectos hidrológicos e
mecânicos da vegetação na estabilidade de taludes e
encostas naturais. Séries Embrapa, Série Documentos.
Rio de Janeiro.
Schroth, G.; D'angelo, S.A.; Schaller, M.; Haag, D. &
Rodrigues, M.R.L. (1999) Root research methods for
humid tropical agro-forestry systems ­ a management
perspective. Workshop sobre Desenvolvimento do
Sistema Radicular: Metodologias e Estudo de Casos,
1, Aracaju, Anais. Embrapa Tabuleiros Costeiros,
p.219-230.
Vega, F.V.A.: Bovi, L.M.A.; Júnior, G.G.; Berton, R.S.
(2005). Lodo de esgoto e sistema radicular da
pupunheira. Revista Brasileira de Ciências do Solo,
29, p.259-268.