Evaluation of variability of geotechnical characteristics related to erosion processes using in situ tests

A inadequada utilização do meio físico tem gerado desequilíbrios ambientais com sérias consequências socioeconômicas, por vezes de proporções desastrosas, como é o caso das feições erosivas encontradas em vários estados do país. No estado de São Paulo, somente na região entre as cidades de São Pedro e Corumbataí (SP) ocorrem milhares de feições erosivas de portes variados. Os estudos sobre erosão têm apresentado resultados diversos em função de aspectos como a variabilidade das informações consideradas, a diversidade e pequeno número de pesquisas com validação espacial e temporal e a falta de continuidade e detalhamento dos estudos. Os modelos de previsão de erosão existentes mensuram e avaliam principalmente a quantidade de sedimento gerado por erosão laminar. É possível observar a inexistência de modelos que considerem os processos envolvidos na incisão e permanência de erosões lineares, ou que forneçam uma previsão de ocorrência desse tipo de erosão. A complexidade e dificuldade de obtenção de dados para alimentar e validar um modelo estão entre as principais justificativas do baixo número de tentativas de desenvolvimento de modelos de erosão linear. A presente tese buscou identificar e gerar dados de variáveis envolvidas nos processos erosivos lineares e analisar a variabilidade espacial e temporal dos resultados. Adicionalmente, foi avaliada a dificuldade de obtenção de tais dados. Ensaios de caracterização geotécnica, resistência à penetração dinâmica, taxa de infiltração e erodibilidade do solo foram empregados para esse fim. O levantamento da rugosidade do terreno e ensaios com simulador de chuva foram utilizados para a determinação de valores de escoamento superficial e geração de sedimento. Os ensaios com simulador de chuva promoveram, ainda, a observação da ocorrência de incisões no terreno e do processo erosivo. Como resultado obtiveram-se séries de dados para alimentar um modelo de erosão linear. Optou-se por tratar os dados como uma distribuição aleatória e utilizar a ferramenta estatística de análise de variância, a ANOVA, para comprovar a igualdade significante dos valores obtidos. Dentre as respostas obtidas a partir dos resultados, destaca-se a comprovação da dificuldade em gerar dados para alimentar um modelo de erosão, principalmente de obter dados de incisão no solo, para validar um possível modelo de erosão linear. Em uma área que possui um determinado material geológico, em geral, a variabilidade dos dados de caracterização do solo mostrou-se pequena. E a resistência do solo à penetração, por sua vez, apresentou grande variabilidade em função da umidade do solo.Inappropriate use of physical environment has led to an environmental imbalance with serious social and economic consequences. In many cases, such as erosive features found in several Brazilian States, these problems reached disastrous proportions. Thousands of erosive features with different sizes and depths can be found between the municipalities of São Pedro and Corumbataí, in São Paulo State, Brazil. Researches regarding erosion processes in this region have provided inconclusive results due to aspects related to data variability, and lack of both researches with reliable validation and continuity of studies. Current erosion prediction methods are mainly concerned with the amount of sediment resulted from laminar erosion processes. In addition, prediction models for linear erosion processes are rarely reported in technical literature, mainly due to their complexity and difficulty of obtaining reliable validating data. In this regard, the objective of this study is to identify the variables involved in linear erosion processes and build a database with these parameters in order to analyze both spatial and temporal distribution of such phenomenon. As a secondary objective, the difficulty of collecting data was evaluated. Field and laboratory tests were performed in this research, including geotechnical characterization, dynamic penetration test, infiltration rate and erodibility tests. Besides, a rain simulator was developed and used in field tests to cause an erosive process. These observations combined with characteristics of terrain roughness allowed the determination of both runoff and infiltration amounts. As a result, it was possible to provide validation data to a linear erosion prediction model. Data was evaluated as a random distribution using a statistical tool for variance analysis (ANOVA). Among the results, it is important to notice the difficult to collect reliable data to be used in validation of a linear erosion model, mainly those related with the soil incision. Areas with the same soil cover have presented similar data variability referred to soil characterization. On the other hand, penetration resistance values were found to be highly dependent on the soil water content