CAPÍTULO II – REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Solos Colapsíveis
2.1.5 Principais Fatores que Influenciam o Colapso
Diversos fatores podem influenciar a colapsibilidade de um solo, como os apresentados a seguir.
Granulometria e Índices físicos
O solo colapsível pode apresentar variadas texturas, pois esta depende do processo de formação deste solo. Assim, a textura predominantemente arenosa está ligada a solos formados a partir de sedimentos de origem eólica e fluvial, já os perfis residuais têm sua textura controlada pela rocha matriz que lhes deu origem e pela intensidade dos processos intempéricos aos quais estiveram sujeitos, enquanto a textura tende a ser mais argilosa nos solos formados a partir de sedimentos químicos e detríticos finos e rochas ígneas, para os solos formados pela alteração de rochas sedimentares, a textura é mais grosseira. Por último, nos solos originados a partir de fluxos de lama predominam as frações finas, como por exemplo, as argilas e no caso de perfis colapsível originados a partir de aterros, a textura do perfil vai depender da textura do solo utilizado para confecção do aterro, embora haja uma predominância de solos arenosos (RODRIGUES & LOLLO, 2008).
O colapso pode ser expresso em função do coeficiente de uniformidade (Cu). Quanto mais elevado os valores de Cu maiores são os potenciais de colapso. Solos bem graduados têm colapsos maiores do que os solos mal graduados, pois possuem um maior valor de Cu. As partículas menores dos solos bem graduados após serem umedecidas tendem a encher os espaços entre os grãos, resultando em índice de vazios menores (BASMA e TUNCER, 1992).
Alwail (1990) mostrou que a composição do silte afeta consideravelmente o potencial de colapso das misturas de areia com silte, uma vez que ao adicionar areia de Ottawa com silte de partícula angular e pequena quantidade de argila (10%) o potencial de colapso foi substancialmente maior comparando-se com a mesma mistura de areia com silte de partícula arredondada desprezando-se o conteúdo de argila.
Lawton et al. (1992) comparou várias misturas compactadas com mesma densidade e teor de umidade inicial de areia, silte e argila, o mesmo observou que o potencial de colapso atinge os valores máximos para teores de argila entre 10% e 40%.
Para Basma e Tuncer (1992) quanto maior a quantidade da mistura de areia e argila, menor o potencial de colapso para uma mesma tensão vertical de umedecimento aplicada (sw), já que as frações argilosas em contato com as partículas de areia concedem uma resistência cisalhante à deformação.
Os índices físicos podem ser um indicador para a caracterização de solos colapsíveis, uma vez que há uma relação entre a potencialidade de alguns solos sofrerem colapso em função de seus índices físicos. Assim, normalmente esses solos apresentam valores de massa específica aparente seca baixos; porosidade e índice de vazios altos; baixos valores de grau de saturação; textura predominantemente arenosa e baixa plasticidade. Apresentando, em geral, limite de liquidez abaixo de 45 e índice de plasticidade menor que 25 (DUDLEY, 1970).
Clima e Geomorfologia
De acordo com Knodel (1981, apud Mota, 2006), a ocorrência de chuvas de curta duração e forte intensidade, alternadas com longos períodos secos favorecem a formação de solos colapsíveis. A geomorfologia também é um fator condicionante para ocorrência de colapso, locais com encostas íngremes e vegetação escassa, quando da ocorrência de chuvas intensas poderão deslizar e formar depósitos inconsolidados, de alta porosidade e potencialmente colapsíveis.
Peso Aparente Seco e Umidade Inicial
Vários autores, a partir de resultados experimentais, indicam que a variação do potencial de colapso com o peso específico aparente seco inicial apresenta uma relação inversamente proporcional, logo, quanto maior o peso específico menor a magnitude do colapso.
Segundo Dudley (1970) o teor de umidade que causa o máximo colapso está entre 13% e 39%. Já para Cintra (1998) o grau crítico de saturação está dividido em limite inferior (responsável pela instabilidade da estrutura do solo) e limite superior. Para o autor, o solo está em equilíbrio até que seja atingido o limite inferior, após esse limite, a elevação do grau de saturação provoca o aumento do colapso até que se alcance o limite superior, a partir do qual o mesmo deixa de ocorrer.
Basma e Tuncer (1992), após analisarem amostras de solos arenosos, argilosos e siltosos da Jordânia chegaram à conclusão que quanto maior o peso específico aparente seco inicial, sob a mesma tensão vertical de inundação e umidade inicial, menor o potencial de colapso. Para um mesmo grau de compactação e tensão vertical de inundação quanto maior o teor de umidade inicial dos solos, menor o potencial de colapso.
Vilar e Gaioto (1994) estudaram o comportamento de uma areia fina argilosa do interior de São Paulo através de ensaio edométrico. Estas amostras eram compactadas com umidades e pesos específicos aparentes secos diferentes. Os corpos de provas compactados à umidade ótima apresentaram colapsos crescentes com as tensões até alcançarem um máximo e depois decresceram.
Natureza do permeante e Velocidade de Inundação
A tensão superficial dos líquidos interfere no tempo de interação deste com o solo. Foi observado em uma Areia Amarelo-Avermelhada do Município de Petrolândia potenciais de colapso mais altos quando o pH do líquido era mais alcalino (MOTTA, 2006).
Há uma tendência de valores de colapso menores para permeantes com pH próximos de 7 (neutro), os potenciais de colapso tendem a crescer quando os valores de pH são superiores a 7 (básicos) e inferiores a 7 (ácidos) (FERREIRA, 1995).
Galvão et al (1995) analisaram amostras remoldadas de argilas inorgânicas de Minas Gerais, estas foram compactadas com pesos específicos aparentes secos próximos aos observados em campo, utilizou-se água com diferentes pH como permeante. Os autores concluíram que quanto maior o pH menor o potencial de colapso, fato explicado devido as partículas do solo em amostras remoldadas estarem mais unidas, não existir a estrutura porosa inicial, ter mais homogeneidade e proporcionar melhor controle de pH.
O tempo em que os vínculos de cimentação perdem a resistência dependerá do tipo de percolante e da solubilidade do cimento. Em testes de laboratório realizados por Reginatto e Ferrero (1973) com diferentes permeantes em amostras de solos loess da Argentina verificou-se que o solo levemente cimentado quando saturado com água tratada suportava uma tensão maior, porém era condicionalmente colapsível quando utilizado efluente doméstico em seu umedecimento e verdadeiramente colapsível se inundado com água ácida.
A velocidade de inundação dos solos pode ser lenta ou rápida dependendo do tipo de permeante utilizado, da capacidade da superfície do solo em absorver estes permeantes e da intensidade da força de coesão das partículas do solo (GUIMARÃES NETO, 1997).
Carregamento
Geralmente a magnitude do colapso é pequena para baixos valores de tensão e aumenta rapidamente com a elevação da pressão até atingir um valor crítico, a partir do qual pode diminuir ou permanecer constante (POPESCU, 1986; LAWTON ET AL. 1992; CINTRA, 1998). Existe certa pressão limite que destrói as ligações da estrutura, de tal forma que a partir dessa pressão os grãos apenas rodam e deslizam uns sobre os outros e a saturação não tem mais efeitos sobre a estrutura (VARGAS, 1973, apud FEUERHARMEL, 2003).
Guimarães Neto (1997), estudou a variação volumétrica devida à inundação em amostras naturais de uma Areia Amarelo-Avermelhada, do município de Petrolândia, as quais foram compactadas com pesos específicos aparentes secos de 17,00 kN/m3, 18,00 kN/m3, 19,00 kN/m3 e umidade inicial de 3,5%, 6,5% e 9,5%. A variação do potencial de colapso x tensão vertical de inundação para o mesmo peso específico aparente seco e diferentes umidades iniciais está apresentada nas Figuras 7(A), 6(B) e 6(C). Concluiu que:
Há uma redução significativa na colapsibilidade do solo com o aumento do peso específico aparente seco e da umidade, existindo valores destes índices para os quais o colapso é muito pequeno independente da tensão vertical de inundação.
A diminuição dos valores dos potenciais de colapso com o aumento do peso específico aparente seco para a mesma umidade inicial e diferentes tensões verticais de consolidação é devido ao fato de que a mostra compactada no peso específico aparente seco de 17,00 kN/m3 tem maior índice de vazios do que as outras com pesos específicos aparentes secos de 18,00 kN/m3 e 19,00 kN/m3. Resultados similares em amostras compactadas de solos arenosos em que o potencial de colapso diminuía com o aumento do peso específico aparente seco quando eram submetidos acréscimos de sobrecarga com mesma umidade inicial foram observados por BASMAN e TUNCER (1992), GAIOTO e VILAR (1994).
Para uma mesma umidade inicial e diferentes pesos específicos aparentes secos, os valores dos potenciais de colapso crescem com a tensão vertical de inundação. Os maiores valores dos potenciais de colapso foram associados a menores graus de compactação, ou seja, maiores índices de vazios iniciais.
Existem valores destes índices físicos para os quais o solo não apresenta mais problemas de colapso por inundação. Sendo estes valores inferiores àqueles correspondentes ao peso específico aparente seco máximo e umidade ótima.
Observa-se que os maiores valores dos potenciais de colapso foram associados a menores graus de compactação (maiores índices de vazios iniciais), ou seja, foram susceptíveis aos maiores colapsos do que as amostras mais densas.
Figura 7 – Variação do potencial de colapso com o peso específico aparente seco para mesma umidade inicial e diferentes tensões verticais de inundação. Guimarães Neto
(1997)
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PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (kN/m³) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 POTE NCIAL DE COLAPSO ( %) 10kPa 40 kPa 80 kPa 160 kPa 640 kPa A) Umidade inicial: 3,5% 16 17 18 19 20
PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (kN/m³) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 POTEN CI A L D E COLAPSO (%) 10 kPa 40 kPa 80 kPa 160 kPa 640 k Pa B) Umidade inicial: 6,5% 16 17 18 19 20
PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (kN/m³) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 POTE NCI AL DE COLAP SO (%) 10 kPa 40 kPa 80 kPa 160 kPa 640 k Pa C) Umidade inicial: 9,5% a) Umidade Inicial: 3,5% b) Umidade Inicial: 6,5% c) Umidade Inicial: 9,5%
Diversos resultados experimentais indicam que solos colapsíveis podem sofrer expansão quando umedecidos sob baixas tensões. JENNINGS E BURLAND (1962), DUDLEY (1970), JENNINGS E KNIGHT (1975), VILAR ET AL. (1981), FERREIRA (1995)