Os solos colapsíveis são solos não saturados que, quando umedecidos, sofrem redução de volume, podendo provocar recalques nas fundações e danos às estruturas.
Segundo Campos e Santos (2019), solos colapsíveis podem ser definidos como solos não saturados, com baixo teor de umidade e elevado índice de vazios, que podem sofrer uma espécie de colapso de sua estrutura em consequência do acréscimo do grau de saturação do solo, seja por razão de infiltração de águas pluviais
Solos colapsáveis ou porosos se caracterizam por apresentarem altos índices de vazios, estrutura macroposa e baixo grau de saturação. São solos compostos basicamente por grãos de areia e silte, quando submetidos ao acréscimo de umidade, sofrem um arranjo brusco na estrutura, com consequente redução de seu volume.
De acordo com o trabalho de PEDROSO (2017), os solos colapsíveis são mais comuns em locais com clima quente. No Brasil, estes solos fazem parte das áreas extensas das Regiões Centro-Sul e Nordeste do país, sendo representados por aterros mal compactados e por depósitos aluviais, coluviais e residuais. Os solos da região Centro-Sul (interior de São Paulo e Paraná) são solos porosos que englobam solos residuais típicos, solos sedimentares ou colúvios. A formação de solos colapsáveis depende dos fatores climáticos regionais e do ambiente geológico, assim a forma de ocorrência dos mesmos no momento atual pode ser bastante variada.
Esse fenômeno corresponde a caracterização pela súbita redução do volume do solo, devido ao ganho de umidade com presença ou não de sobrecarga.
A origem dos solos colapsíveis está intimamente relacionada com sua formação geológica, com os condicionantes climáticos e o relevo. São identificados vários processos de formação: ação do vento, da água, lixiviação dos sais solúveis, etc (SILVA, 2003).
Solos Colapsíveis Aluvionares
SILVA (2003) diz que os depósitos aluviais e aqueles formados por corrida de lama, provocados por uma enxurrada, características de regiões que apresentam curtos períodos de precipitação intensa e alternada por longos períodos de estiagem. Estes depósitos sofrem evaporação antes de uma nova deposição e nunca se tornam saturados, constituindo-se num material mal consolidado, com alto índice de vazios e baixa massa específica, com considerável teor de argila.
CLEMENCE E FINBARR (1981) disseram que a quantidade de argila tem forte relação com o comportamento desses solos. Em Pesquisas realizadas por BULL (1964) citados por CLEMENCE e FINBARR (1981), mostram que a subsidência máxima devido ao colapso ocorre quando o teor de argila é da ordem de 12%, que abaixo de 5% ocorre uma baixa subsidência e que acima de 30% a argila expande.
Solos Colapsíveis de Formação Residual
DUDLEY (1970), a partir de estudos de um solo de formação residual na África do Sul e Rodésia, chegou a conclusão que em solos residuais de granito decomposto, a estrutura é desenvolvida pelo processo de lixiviação dos sais solúveis e matéria coloidal. Segundo ele, nos tipos de solos estudados a rocha mãe é geralmente composta de quartzo, feldspato e mica. Os pré-requisitos para esse tipo de solo colapsível é que tenha decomposição bem evoluída, altas precipitações anuais e boa drenagem interna. Afirma ainda que a lixiviação dos solúveis e do material fino resulta em um alto índice de vazios e uma estrutura instável de quartzo, feldspato e mica.
Ocorrências
No Brasil foram encontrados e investigados materiais naturais colapsíveis em vários estados: Amazonas, Bahia, Ceará, Goiás, Minas Gerais, Paraná, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Sul, São Paulo e no Distrito Federal.
O aspecto estrutural dos solos está associado com o fenômeno de colapsividade ou seja, solos colapsíveis ocorrem variando sua origem assim podendo ter variação de volume. Em sua maioria ocorre envolvimento da ação de partículas de argilas em vínculos entre os grãos de areia resultando em diversas possibilidades de arranjos estruturais que pode depender em como é a história de formação do solo, agentes cimentantes/ligação e condições climáticas e drenagem.
Estrutura dos solos colapsíveis
A colapsibilidade está associada ao aspecto estrutural dos solos. O solo estará sujeito ao colapso se possuir uma estrutura macro porosa e o equilíbrio entre as partículas de maior diâmetro seja metaestável (LOLLO, 2008). Segundo Ferreira (1995), nos solos colapsíveis, normalmente ocorre o arranjo de partículas granulares cobertas de partículas de argilas ou agentes cimentantes e estes solos são caracterizados por estruturas fofas com grãos de diâmetro do silte e areia fina.
Dudley (1970) e Clemencee Finbarr (1981) propuseram seis modelos para os solos de estrutura instável (Figura 1). No primeiro modelo, representados pela Figura 1a), o arranjo dos grãos de areia é mantido através da tensão capilar, o mesmo ocorre no segundo modelo (Figura 1b) onde a tensão capilar atua no contato areia-areia, areia-silte, silte-silte. O terceiro modelo (Figura 1c) apresenta as partículas de areia vinculadas as argilas dispersas, que podem ter origem no local ou podem ser transportadas. No quarto modelo (Figura 1d), os grãos de areia estão ligados por argilas floculadas e aleatórias. Outro modelo é apresentado na Figura 1e), onde os grãos de areia estão com vínculos de argilas resultantes de corrida de lama e no último modelo (Figura 1f) os agregados de argila formam grãos que são conectados por pontes de argilas, mas também podem ser conectados a siltes e argilas.
Figura. Modelos propostos para explicar estruturas instáveis de solos colapsíveis.
Fonte: Adaptado de Dudley (1970) e Clemence & Finbarr (1981) apud Ferreira (1995)
Identificação de Solos Colapsíveis
Na identificação de solos colapsíveis é preciso saber que inúmeros critérios são usados. FERREIRA (1995), utiliza os critérios de SCHREINER (1987) na agrupação de métodos de identificação de solos expansivos, assim dividindo em dois grupos: métodos diretos e indiretos. Os métodos diretos fundamentam-se na medida do potencial de colapso do solo, assim é permitido que antecipam recalques através de ensaios edométricos, em laboratório e ensaios de campo.
Para os métodos indiretos são utilizados índices físicos e limites de consistência que obtêm parâmetros relacionados à textura dos solos, para os critérios desse grupo geralmente é dado as informações de caráter avaliativo, orientativos e qualitativo, facilitando em obter nos ensaios de laboratório e em campo.
Critérios de previsão de colapso
BASMA e TUNCER (1992)
Realizando investigações de: efeitos do tipo de solo, teor de umidade na compactação, massa unitária seca inicial e tensão de colapso, num total de 138 ensaios edométrico em oito tipos diferentes de solos, puderam concluir que solos que apresenta boa graduação têm por colapsar mais que solos de má graduação, além que o potencial de colapso tem por decrescer uma vez que apresenta um incremento por exemplo:
Diferença de percentual entre areia e argila;
Teor de umidade na compactação;
Massa unitária seca inicial que quando acrescenta pressão de inundação ela tem por crescer;
GIBBS e BARA (1962, 1967)
Com a proposta do uso de massa específica seca e limite de liquidez como critério de previsão de colapso, GIBBS e BARA basearam-se na premissa de que um solo no qual apresenta suficientes espaços vazios para poder manter pelo menos a umidade do limite de liquidez na saturação resulta em ser apto ao colapso uma vez inundado. Usados para solos não cimentados e limite de liquidez superior a 20, os autores nos apresentam nesse método um ábaco em função do limite de liquidez e peso específico seco.
O que é Colapsividade?
A colapsividade é definida na avaliação das curvas de deformação entre a amostra inundada e natural. Sendo que a curva não saturada é corrida em função da tensão de pré-adensamento.
Como saber se o solo e Colapsível?
CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS POTENCIALMENTE COLAPSÍVEIS
Estrutura macroporosa: fofa;
Baixo grau de saturação: não saturados;
Partículas maiores mantidas por cimentação ou por tensão capilar;
Um apanhado amplo sobre o tema pode ser encontrado em Ferreira et al. (1989). Nos Quadros 8.2 e 8.3, apresenta-se a localização de solos colapsíveis e expansivos no Brasil segundo esses autores, com inclusões de dados de Milititsky e Dias (1986).
A ocorrência de solos com comportamento especial, sensíveis a variações no grau de saturação do terreno, é extremamente importante para a adequada escolha da solução de fundações de aerogeradores. Nesse grupo estão os solos colapsíveis, definidos como “materiais que apresentam uma estrutura metaestável, sujeita a rearranjo radical de partículas e grande variação (redução) volumétrica devido à saturação, com ou sem carregamento externo adicional”. O colapso ocorre em razão de um rearranjo das partículas, com variação de volume, causado pelo aumento do grau de saturação do solo, sendo dependente das seguintes condições (Barden; McGown; Collins, 1973): • estrutura do solo parcialmente saturada; • tensões existentes para desenvolver o colapso; • rompimento dos agentes cimentantes. Entre os solos colapsíveis, encontram-se alguns solos porosos tropicais, especialmente os originários de rochas graníticas e outras rochas ácidas. Os solos porosos superficiais podem ser particularmente colapsíveis, pois têm alta permeabilidade e a água da chuva percorre seus vazios sem saturá-los – com o aumento do teor de umidade até um valor crítico, esses solos podem perder sua estrutura de macrovazios por colapso estrutural. Vargas (1973, 1974) ensaiou amostras que foram inicialmente adensadas na umidade natural sob vários níveis de carregamento. Quando os recalques cessaram, as amostras foram inundadas. Recalques adicionais apareceram devido à saturação das amostras, cuja magnitude reduz com o aumento das pressões externas aplicadas. A partir de certo nível de carregamento, não mais se observava colapso. Segundo Vargas (1973), possivelmente existe uma pressão a partir da qual as ligações fracas da estrutura são destruídas, não
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