Apresentado inicialmente por Vargas (1970), os termos colapsível e colapsibilidade definiam solos porosos de arenito onde os grãos grossos de areia uniforme são ligados por um colóide argiloso onde quando saturado este comprime-se e colapsa. Atualmente, a definição mais aceita deve-se a Cintra (1998), que traduz os solos colapsíveis como solos não saturados que sofrem grande redução de volume quando submetidos ao umedecimento em razão da reorganização de suas partículas, podendo ocorrer a ruptura com ou sem adição de carregamento.
Regnatto e Ferreiro (1973) citam que os solos colapsíveis dividem-se em duas classificações distintas, sendo elas os solos “verdadeiramente colapsíveis” e os solos “condicionados ao colapso”, os primeiros têm como característica a incapacidade de suportar seu próprio peso quando inundados, sofrendo redução de volume sem aplicação de esforços externos, enquanto os pertencentes ao segundo grupo têm seu colapso frente ao nível de tensões a que são submetidos somado ao estado de inundação. Acerca do exposto, para Gon (2011), o fenômeno de colapso ocorre de forma mais frequente pela combinação do efeito de sobrecarga ao acréscimo de umidade, sendo, portanto, raro somente à ação individual de um desses vetores.
Relativo ao grau de umidade responsável por provocar o colapso, Cintra e Aoki (2009) destacam que o solo não precisa apresentar-se totalmente saturado para que ocorra a ruptura, pois, atingindo um certo nível de umidade, particular à cada solo, tem-se o cenário propício para a ocorrência de tal recalque abrupto. Nesse contexto, Vilar et al (1981) apresentam que as propriedades básicas que caracterizam os solos potencialmente colapsáveis e, portanto, são congestionadas ao colapso, devem-se ao solo apresentar estrutura porosa, com alto volume de vazios, possuir condição não saturada e com baixo grau de saturação. Ainda, Souza Neto (2004) destaca que não existe faixa granulométrica específica que espelhe solos colapsíveis, onde em maioria caracterizam-se por estruturas fofas com granulometria variada entre silte e areia fina, geralmente visualizada como uma mistura de silte, argila e areia fina, com predominância desta última.
Davies (2000), por sua vez, destaca que para que o solo apresente deformação por colapso é necessário, também, uma estrutura metaestável em que as partículas maiores se ligam por vínculos que lhe conferem resistência aparente. Sobre isso, Rodrigues e Lollo (2008) apresentam que os principais fatores que conferem a resistência temporária devem-se a forças eletromagnéticas
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de superfície, sucção e substâncias cimentantes, como óxidos de ferro e carbonatos, onde quando ocorre o umedecimento, ou aumento de tensões, tem-se variações na sucção, equilíbrio magnético e ligações cimentares, ocasionado, assim, o colapso.
Os solos potencialmente colapsíveis tem como característica a ocorrência de ruptura com o aumento de umidade, podendo ocorrer após um longo período de tempo uma vez que podem resistir à aplicação da carga inicial colapsando bruscamente somente quando condicionado a um estado de saturação (CHRIST, 2014). Para Macacari (2001), a fonte de água responsável pelo encharcamento do solo pode ocorre de variadas formas, previsíveis ou não, como, por exemplo, devido a rompimento de tubulações hidráulicas, esgoto, infiltração de águas pluviais, trincas em reservatórios subterrâneos, ascensão do lençol freático, entre outros.
Cintra (1998) salienta que os danos provocados pelos recalques para as edificações podem variar de trincas a fissuras generalizadas, que exigem reparações custosas que se repetem após cada novo período anual de chuvas. Além de danos a edificações, o colapso se manifesta com rupturas de aterros, danos estruturais em pavimentos, deslizamento de taludes e de túneis, grandes deformações de maciços compactados em barragens, entre outros (GUTIERREZ, 2005).
2.4.1 Ocorrência de solos colapsíveis
Clemence e Finbarr (1981) declaram que os solos colapsíveis são encontrados principalmente em regiões áridas e semiáridas, abrangendo uma grande variedade de matérias geológicos. No entanto, Vilar et al (1981) explicam que tais solos não se restringem apenas a climas áridos e semiáridos, sendo, portanto, visualizados em diferentes regiões climáticas, com origem e tipologias dissemelhantes.
Sabe-se atualmente que os solos com propriedades de colapso são encontrados em diferentes países do globo, com solos de formações aluviais, eólicas, coluvionares, residuais, vulcânicas, aterros compactados ou lessos (GON, 2011). Diante disso, Agnelli (1997) apresenta que os solos colapsáveis já foram encontrados na África do Sul, Angola, Argentina, Austrália, Brasil, Chile, Equador, Espanha, Estados Unidos, França, Ilhas Canárias, Israel, Luanda, Rússia, entre outros.
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Vilar et al (1981) apontam que as regiões de clima tropical detêm de condições propícias para desenvolvimento de solos colapsíveis, para o autor, isso ocorre principalmente devido a lixiviação de finos na superfície, alternância de épocas destoantes, de seca e cheia, e solos deficiente em umidade formados em regiões áridas. Sobre o anteriormente apresentado, Ferreira (2005) complementa que a alternância de estações de chuva configura o cenário da ocorrência de lixiviação dos finos na superfície, o que torna os primeiros horizontes com estrutura porosa e não saturada.
No Brasil, os primeiros solos colapsíveis foram identificados em São Paulo por Vargas (1977; 1993), atualmente tem-se a ocorrência registrada em demais localidades, com seu maior volume concentrado na região centro-sul do País (FERREIRA; LACERDA, 1995). Macacari (2001) pontua que os solos colapsíveis estão espalhados em diversas regiões em território brasileiro onde comumente são relacionados a depósitos jovens, de origem coluvionar, aluvionar e residual que sofrem intensa lixiviação. Segundo Guimarães Neto (1997), os estados brasileiros com registro de ocorrência de solos colapsíveis são: Amazonas, Bahia, Ceará, Distrito Federal, Goiás, Mato Grosso, Minas Gerais, Paraná, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Sul e São Paulo. A Figura 07 ilustra as localidades com ocorrência de solos colapsíveis em território nacional.
Figura 07: Ocorrência de solos colapsáveis no território brasileiro
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Conforme Rodrigues e Lollo (2008) existem quatro diferentes processos de formação do solo colapsível, sendo eles:
▪ Aterro Compactado: Dados em aterros mal compactados, a colapsividade deve-se as condições de alta compressibilidade dos materiais que compõem o aterro capazes de proporcionar ao maciço deformações significativas quando solicitados e umedecidos.
▪ Depósitos de Origem Eólica: Os solos colapsáveis são formados por grãos de areia e silte depositados pela ação do vento que, devido sua uniformidade produzem perfis de solos pouco coesivos, de baixa massa específica, com elevada porosidade e de boa drenagem.
▪ Depósitos de origem aluvial: Os perfis de solos colapsíveis apresentam materiais mal consolidados, com elevada porosidade, baixa massa específica e considerável teor de argila, tal origem é comumente visualizada em regiões que apresentam períodos curtos de intensa precipitação pluviométrica e longos períodos de estiagem.
▪ Perfis de Solos Residuais: A estrutura potencialmente colapsível é gerada pela lixiviação das camadas superficiais de degradação da rocha, gerando camadas com elevada porosidade e baixa massa específica.
2.4.2 Estrutura dos solos colapsíveis e mecanismo de colapso
Os solos colapsíveis detém de uma estrutura porosa onde as partículas maiores são interligadas por vínculos que lhe conferem uma resistência adicional temporária atribuídas pela sucção e materiais cimentantes como óxidos de ferro e carbonetos (GUTIERREZ, 2005). A estrutura de solos colpsíveis pode ser separada em três grupos, Dudley (1970) explica que a estrutura dos solos do primeiro grupo, considerado pelo autor com maior importância, mantem-se estável por forças capilares, no segundo grupo os maiores grãos (silte e areia) são ligados por partículas menores (silte e argila) e no terceiro, a estabilidade é propiciada por ação dos agentes cimentantes.
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Para Conciani (1997), de forma geral, todos os modelos se baseiam na configuração de grãos maiores mantidos em condição metaestável, ocorrendo a diferenciação apenas pelo agente de fixação dessas partículas. Na Figura 08 são visualizados alguns modelos estruturais dos solos colapsíveis confirmados pela bibliografia.
Figura 08:Exemplos de modelos estruturais dos solos colapsíveis
Fonte: (CLEMENCE; FUNBAR, 1981), apud Souza Neto (2004 p. 14)
Soares (2018) descreve que a hipótese mais aceita para o mecanismo gerador de colapso corresponde ao solo em estado natural, com umidade baixa e alto índice de vazios, possui partículas maiores (areias ou siltes) envoltas por partículas menores (silte e argila) e água, gerando uma estrutura estável e de elevada resistência, quando é aumentado o nível de umidade, conjuntamente ou não com acréscimo de tensão, essa configuração se rompe, e os grãos escorregam sob o efeito da tensão de cisalhamento, diminuindo o volume do solo. Em elucidação, Agnelli (1997) explica que o agente externo (geralmente água), uma vez infiltrado no solo, reduz ação dos mecanismos de suporte, fazendo com que os grãos deslizem uns sobre os outros, preenchendo os espaços vazios entre os contatos, o que provoca a deformação visualizada.
Em esclarecimento, Gutierrez (2005) explica que a água presente na interface dos grãos encontra-se submetida a esforços de tração (poropressão negativa), tornando a tensão efetiva maior
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que a total aplicada pela carga, o que aumenta a resistência aparente do solo, no entanto, com a inundação, os efeitos benéficos das tensões capilares são destruídos. Ainda, conforme o referido autor, em estruturas com vínculos desenvolvidos por silte, a estrutura é formada por forças de contato silte com silte e areia com silte, e quando os grãos maiores (areia e silte) são envoltos por argila tem-se uma variedade de arranjos. Para a referência, em solos colapsíveis com estruturas formadas por óxidos de ferro, carbonatos de cálcio, silicatos, aluminatos, gipsita ou sais a ruptura por colapso depende das propriedades dos contaminantes dissolvidos na água de inundação e da característica de solubilidade dos agentes cimentantes.
De forma geral, o colapso dependerá dos tipos e combinações de ligações que mantém a estrutura do solo (GUTIERREZ, 2005). No entanto, em solos colapsáveis os veículos estruturais são, em sua totalidade, suscetíveis a ação da água em adição, provocando sua ruptura com o aumento de sua umidade (DUDLEY, 1970; CINTRA, 1998).