Estudo da colapsividade em três estágios de saturação de um solo_Cobramseg2020.pdf

XX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica
IX Simpósio Brasileiro de Mecânica das Rochas
IX Simpósio Brasileiro de Engenheiros Geotécnicos Jovens
VI Conferência Sul Americana de Engenheiros Geotécnicos Jovens
15 a 18 de Setembro de 2020 – Campinas - SP
Estudo da colapsividade em três estágios de saturação de um solo
areno-argiloso
Roberto Antonio Cordeiro da Silva
Universidade Federal do Ceará, Ceará, roberto@det.ufc.br
Cíntia Lopes de Castro
Universidade Federal do Ceará, Ceará, cintia.civil@gmail.com
Alfran Sampaio Moura
Universidade Federal do Ceará, Ceará, alfran@ufc.br
RESUMO: O colapso é um fenômeno em que o solo apresenta a redução brusca de volume quando saturado.
Este é um problema que deve ser identificado previamente de forma a evitar que estruturas dimensionadas da
forma convencional não apresentem recalques exagerados não previstos em projeto. Dessa forma, a demanda
por estudos geotécnicos de solos no Nordeste exige cada vez mais acuidade pela aridez em períodos de
estiagem e alteração de suas propriedades nos períodos chuvosos. Nesse contexto, o presente trabalho tem por
objetivo avaliar o potencial de colapso pelo ensaio edométrico simples em 12 amostras indeformadas de solo
estocadas no Laboratório de Mecânia dos Solos da Universidade Federal do Ceará. Foram moldados corpos
de prova de 5 cm de diâmetro e 2 cm de altura, com saturação realizada nas cargas de 50 kPa, 100 kPa e 200
kPa. Para a análise dos resultados, utilizou-se a classificação de Jennings e Knight (1975), na qual pode-se
classificar os resultados obtidos nas 12 amostras através do ensaio edométrico quanto ao potencial de colapso
em “sem problema” a “problema grave”. Além disso, a variação da carga de inundação utilizada não
possibilitou uma única tendência de aumento ou de redução do potencial de colapso.
PALAVRAS-CHAVE: Solo colapsível, ensaio edométrico, recalque.
ABSTRACT: Collapse is a phenomenon in which soil presents sudden volume reduction when saturated. This
is a problem that must be identified in advance in order to prevent conventionally sized structures from
presenting unforeseen exaggerated recals in design. Thus, the demand for geotechnical studies of soils in the
Northeast increasingly requires acuity due to aridity in periods of drought and alteration of its properties in
rainy periods. In this context, the present work aims to evaluate the potential for collapse by simple edometric
assay in 12 undeformed soil samples stocked in the Laboratory of Soil Scania of the Federal University of
Ceará. Specimens of 5 cm in diameter and 2 cm in height were molded, with saturation performed at loads of
50 kPa, 100 kPa and 200 kPa. For the analysis of the results, we used the classification of Jennings and Knight
(1975), in which we can classify the results obtained in the 12 samples through the edometric assay regarding
the potential for collapse in "no problem" the "serious problem". Moreover, the variation in the flood load used
did not allow a single trend of increase or reduction of the potential for collapse.
KEYWORDS: Collapsible soil, edometric test, deformacion.
1 Introdução
Os solos, como todos os materiais, sofrem deformações quando submetidos a carregamentos, que
dependendo destes e das características do solo, podem apresentar pequenas ou grandes variações. Seja qual
for o tipo de obra, ou da carga a ser suportada, é necessário realizar a investigação do solo logo na fase de
projeto, ainda mais quando se tratar de obras de grande porte.
A colapsividade representa a capacidade do solo de sofrer súbita deformação quando submetido à
inundação (colapso estrutural) (Feuerharmel, 2003). Portanto, solos não saturados, são mais susceptíveis para
apresentarem esta característica, devido a várias situações os solos podem ser caracterizados como colapsíveis,
como apresentar indicativos de altos índices de vazios, baixa umidade e alta resistência quando secos.

Os solos colapsíveis ocorrem em várias partes do Brasil e de outros países e tem sido muitas vezes,
causadores de sérios danos ocorridos em edifícios, barragens e diversos outros tipos de obras. Decorre destes
fatos, a importância em se detectar a presença desse tipo de solo e analisar o seu comportamento frente aos
agentes que desestabilizam a sua estrutura, tais como a intensidade da carga atuante do líquido inundante
(AGNELLI; ALBIERO, 1997).
De acordo com Moura et al. (2011), os solos não saturados são de natureza bastante diversa. Dentro
dessa categoria estão as argilas expansivas altamente plásticas, solos residuais lateríticos e saprolíticos, além
de uma grande variedade de depósitos aluvionares, coluvionares e eólicos, diferentes tipos de solos
compactados e cimentados.
Um aspecto importante é que em algumas situações o comportamento dos solos pode ser fortemente
influenciado pelo grau de saturação, ou seja, os solos quando estão na condição não-saturada estão submetidos
à existência de pressão da água inferior à pressão atmosférica. Neste caso denomina-se de sucção o valor da
pressão de ar menos a pressão da água. (SANTOS JÚNIOR & SILVA FILHO 2009).
O colapso é o termo utilizado para os recalques adicionais de uma fundação devido ao umedecimento
de um solo não saturado, normalmente sem aumento nas tensões aplicadas (JENNINGS e KNIGHT, 1975).
Uma das características comuns a todos os solos colapsíveis é o fato destes possuírem uma “estrutura
aberta”, frequentemente referida a grãos redondos, unidos por algum material de ligação ou força a qual é
susceptível de ser removida ou reduzida por adição de água (BARDEN et al., 1973; POPESCU, 1986).
Normalmente o material que é encontrado realizando essa ligação são as argilas.
Para a determinação do potencial de colapso pode-se realizar o ensaio edométrico de duas formas, que
segundo Pinto (2006) representam adequadamente as condições do terreno abaixo de fundações superficiais,
tendo como vantagem seu baixo custo quando comparado a outras técnicas utilizadas para previsão de
recalques.
No ensaio de compressão edométrica simples o corpo de prova na umidade natural é ensaiado da maneira
convencional até a tensão em estudo. Depois de estabilizadas as deformações, o corpo de prova é saturado,
para então serem observadas as deformações decorrentes da saturação. Já o ensaio de compressão edométrica
duplo é realizado com a execução simultânea de dois corpos de prova, um no estado natural e outro saturado.
A previsão dos recalques é calculada de acordo com a teoria do adensamento (CHAGAS, 2019).
A análise da ocorrência de colapso por inundação é uma recomendação da NBR 6122 (ABNT, 2010)
quando se for executar fundações sobre solos porosos ou não saturados.
A identificação de solos colapsíveis se baseia em algumas orientações, tais como: critérios “regionais”
desenvolvidos para determinadas ocorrências de solos ou regiões, a partir de conceitos empíricos ou de
determinados testes rápidos; e os critérios baseados nos limites de consistência ou nas condições de
compacidade do solo natural (VILAR; FERREIRA. 2015).
Os danos causados às obras de engenharia, por consequência do colapso, podem ser bastante
significativos. Assim, a identificação prévia da potencialidade de colapso de um solo é a primeira etapa que o
projetista deve levar em consideração na elaboração de um projeto de uma fundação em solos colapsíveis
(POPESCU, 1986).
Existe uma tentativa de se definir solos colapsíveis a partir de ensaios de caracterização de granulometria
e plasticidade, no entanto a condição indeformada é mais representativa, pois conserva a estrutura da amostra.
Sendo assim, existem dois métodos para identificação dos solos colapsíveis: os métodos diretos e indiretos.
Os métodos indiretos são os que utilizam os índices físicos e limites de consistência obtidos em ensaios de
laboratório ou de campo. Os métodos diretos baseiam-se na medida do potencial de colapso do solo.
A medida do potencial de colapso de forma direta é realizada através do ensaio edométrico duplo e de
ensaios edométricos simples no laboratório e ensaio de campo (Expansocolapsômetro).
Realizou-se o estudo do potencial de colapso em diferentes cargas e saturação para maior compreesão
e identificação das tendencias do colapso ao longo do carregamento e das estruturas mais suscetíveis.
Jennings e Knigth (1975) definiram o potencial de colapso (PC) segundo a Equação (1). Esta equação é
a mesma que define deformação volumétrica específica:
𝑃𝐶 (%) =
∆𝑒
1+𝑒0
× 100 (1)

onde:
PC (%) - é o potencial de colapso, em percentagem;
Δe - variação do índice de vazios devido a inundação sob tensão constante;
e0 - índice de vazios inicial da amostra.
A classificação do potencial de colapso, segundo Jenning e Knigth (1975), é determinada na Tabela 1 a
seguir.
Tabela 1 - Classificação do potencial de colapso
PC (%) GRAVIDADE
0 a 1 sem problemas
1 a 5 problema moderado
5 a 10 problemático
10 a 20 problema grave
> 20 problema muito grave
Fonte: Jenning e Knigth (1975)
O presente trabalho tem por objetivo avaliar o potencial de colapso pelo ensaio edométrico simples em
12 amostras indeformadas de solos provenientes do município de Serra do Mel, Rio Grande do Norte.
2 Metodologia
Para a realização deste estudo geotécnico, foram realizados ensaios de laboratório. Inicialmente, foram
realizados os ensaios de caracterização, que são: análise granulométrica por peneiramento e sedimentação
(NBR 7181/1984); densidade das partículas/massa específica (NBR 6508/1984b); limite de liquidez (NBR
6459/1984c) e limite de plasticidade (NBR 7180/1984d). A Figura 1 ilustra as amostras indeformadas
utilizadas no ensaio edométrico.
Figura 1 - Amostras indeformadas utilizadas no ensaio edométrico
Em seguida, foram executados ensaios edométricos simples com amostras na umidade natural inundadas
sob tensões de 50, 100 e 200 kPa. Nesses ensaios foram seguidas as recomendações de Ferreira (1995) e Souza
Neto (2004). A Figura 2 apresenta a prensa de adensamento utilizada nos ensaios edométricos.

Figura 2 - Prensa de adensamento
3 Resultados e Discussão
Os resultados obtidos dos ensaios de caracterização e do ensaio edométrico serão apresentados a seguir.
Através dos ensaios de granulometria verificou-se que os solos possuem fração predominantemente de areia.
Os ensaios de sedimentação foram realizados com defloculante e mostram variações nos percentuais de argila
e silte. A Figura 3 apresenta as curvas granulométricas doss ensaios de granulometria por sedimentação.
Figura 3 - Resultados dos ensaios de granulometria por sedimentação
A composição granulométrica das amostras de solo é apresentada no Tabela 3, onde observa-se que a
maior parte das amostras é de areia média e fina.
Tabela 3 – Composição granulométrica das amostras ensaiadas
Pedregulho
(%)
Areia
Grossa (%)
Areia
Média
(%)
Areia
Fina(%)
Silte
(%)
Argila
(%)
PI-01 0 4 34 37 15 11
PI-02 22 9 22 19 12 16
PI-03 0 1 26 43 12 18
PI-04 0 0 15 20 25 40
PI-05 0 2 24 33 20 21
PI-06 0 1 19 35 16 28
PI-07 0 2 37 33 13 15
PI-08 0 1 19 30 20 29
PI-09 0 1 27 45 8 19
PI-10 0 1 29 38 16 16
PI-11 0 2 27 32 21 18
PI-12 0 3 41 31 7 18

Os limites de liquidez ficaram entre 27% e 21%, e os índices de plasticidade entre 6% e 10%; exceto as
amostras PI-03, PI-05, PI-07 e PI-10 que não apresentaram plasticidade. A grande maioria das amostras foi
classificada, segundo Sistema Unificado (SCUS), como areias com pouca plasticidade. A Tabela 4 apresenta
os resultados dos ensaios de limites de consistência.
Tabela 4 - Resultados dos Limites de Consistência
Limite de
Liquidez (%)
Limite de
plasticidade
(%)
Índice de
Plasticidade (%)
PI-01 25 19 06
PI-02 24 14 10
PI-03 NL NP NP
PI-04 27 18 09
PI-05 NL NP NP
PI-06 23 16 07
PI-07 NL NP NP
PI-08 27 18 09
PI-09 21 15 06
PI-10 NL NP NP
PI-11 23 15 06
PI-12 22 17 05
Com relação aos ensaios edométricos simples, a Tabela 5 apresenta os resultados dos potenciais de
colapso com inundação nas cargas de 50, 100 e 200 kPa e a classificação quanto a gravidade do potencial de
colapso também é apresentada, segundo Jennings e Knigth (1975).
Tabela 5 – Resultados dos ensaios odométricos simples com 3 cargas de inundação
AMOSTRA
CARGA DE
SAT.
(kPa)
MASSA ESPECÍFICA
APARENTE SECA
(g/cm3
)
UMIDADE
NATURAL
(%)
ÍNDICE DE
VAZIOS INICIAL
PC
(%)
GRAVIDADE
PI-01
50 1,57 4,6 0,721 3,92 PM
100 1,63 4,4 0,661 2,07 PM
200 1,61 4,4 0,683 1,40 PM
PI-02
50 1,71 2,0 0,582 2,94 PM
100 1,65 2,0 0,622 3,50 PM
200 1,85 6,2 0,447 1,40 PM
PI-03
50 1,57 5,2 0,712 8,40 P
100 1,58 5,1 0,698 11,26 PG
200 1,51 5,1 0,772 12,30 PG
PI-04
50 2,00 9,0 0,341 0,15 SP
100 1,98 8,5 0,350 0,43 SP
200 2,15 7,8 0,219 1,30 PM
PI-05
50 1,47 9,2 0,814 9,64 P
100 1,61 9,0 0,657 6,57 P
200 1,58 9,5 0,666 6,10 P
PI-06
50 1,62 7,9 0,634 5,00 P
100 1,62 8,5 0,637 5,82 P
200 1,67 8,8 0,584 6,55 P
PI-07
50 1,58 4,1 0,694 11,61 PG
100 1,69 4,5 0,584 11,13 PG
200 1,62 4,5 0,644 13,74 PG
PI-08
50 1,72 6,0 0,562 2,65 PM
100 1,82 7,0 0,466 2,73 PM
200 1,55 7,4 0,726 3,05 PM
PI-09 50 1,61 3,7 0,678 4,18 PM

100 1,64 3,7 0,642 3,04 PM
200 1,64 4,8 0,625 12,19 PG
PI-10
50 1,46 5,6 0,852 13,43 PG
100 1,55 5,4 0,743 12,00 PG
200 1,57 5,9 0,721 6,10 PM
PI-11
50 1,46 7,8 0,843 5,95 P
100 1,53 7,8 0,770 3,55 PM
200 1,61 8,7 0,649 6,94 P
PI-12
50 1,49 6,9 0,808 7,90 P
100 1,54 6,9 0,754 9,70 P
200 1,50 7,0 0,768 4,05 PM
SP: Sem Problema; PM: problema moderado; P: Problemático; PG: Problema grave.
4 Considerações Finais
Neste trabalho foram ensaiadas 12 amostras de solo indeformadas saturadas em 3 tensões diferentes de
50, 100 e 200 kPa. Observou-se uma redução do potencial de colapso com o aumento das tensões em apenas
duas amostras, já em outras quatro amostras foram verificadas a elevação do potencial de colapso com o
aumento da tensão de inundação.
Por outro lado, em 06 amostras, alterações no potencial de colapso não ocasionaram modificação na
classificação de Jennings e Knight (1975). Já nas demais amostras, não ocorreu tendência alguma entre o
potencial de colapso e a tensão de inundação. De forma geral, não foi observado relação entre a tensão de
inundação e o potencial de colapso. Além disso, como era de se esperar verificou-se nas amostras ensaiadas
uma frágil tendência de que umidades maiores possibilitam colapsos menores.
Os corpos de provas da mesma amostra indeformada dificilmente apresentam a mesma massa específica
aparente seca. Segundo o critério de Vargas (1978), que considera potencialmente colapsíveis solos com IC >
2%, apenas as amostras PI-04, PI-01 (200kPa) e PI-02 (200kPa) não atingem esse patamar.
AGRADECIMENTOS
O primeiro autor agradece à equipe do Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação (LMSP) da
Universidade Federal do Ceará (UFC) pela disponibilização das amostras e apoio na realização dos ensaios.
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