Colapso do solo: como evitar danos nas edificações

Coordenação técnica: Adriana Camargo de Brito
Comitê de revisão técnica: Adriana Camargo de Brito, Cláudio Vicente Mitidieri Filho, José Maria de Camargo Barros, Luciana Oliveira e Maria Akutsu
Apoio editorial: Cozza Comunicação

29/03/2022 | 15h00 — Os solos são materiais deformáveis e, por isso, as fundações das edificações sofrem recalques, cuja magnitude depende do nível das tensões e da deformabilidade característica de cada tipo de solo. Nos casos em que os solos são não saturados, com baixo teor de umidade, porosos, de baixa densidade e alto índice de vazios, podem ser verificados os chamados recalques por colapso em consequência da infiltração de água em quantidade suficiente. Nesses casos, os solos são chamados de colapsíveis e as fundações sobre eles apoiadas podem sofrer recalques abruptos.

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, fissuras em tubulações enterradas, ascensão do lençol freático e, até mesmo, rupturas de fossas.

O estudo da colapsibilidade dos solos pode ser feito em ambiente laboratorial, por meio de ensaios de adensamento simples, com inundação artificial em um determinado nível de carregamento ou, então, por ensaios de adensamento duplo, com e sem inundação das amostras de solo.

Destaca-se que a realização destes ensaios requer a disponibilidade de amostras indeformadas do solo, o que muitas vezes não é viável técnica e economicamente em obras de construção de edificações residenciais unifamiliares. Quando disponíveis, a avaliação da colapsibilidade dos solos a partir dos resultados dos ensaios de adensamento simples pode ser feita usando o critério de Jennings e Knight (1975) apud Cintra e Aoki (2009), mostrada na Figura 1 que definem o Potencial de Colapso (PC) com base na variação do índice de vazios (Δe) que ocorre durante a saturação sob uma tensão de 200 kPa:

Figura 1 – Classificação da colapsibilidade dos solos segundo Jennings e Knight (1975).

onde e0 é o índice de vazios inicial do solo e o potencial é definido conforme quadro abaixo.

Vargas (1978) apud Cintra e Aoki (2009) considera como colapsíveis os solos com grau de colapsibilidade igual ou superior a 2 %, definindo o grau a partir da Equação 1, mas considerando como e0 o índice de vazios do solo no início do estágio de inundação da amostra durante o ensaio de adensamento simples.

Como mencionado anteriormente, o ensaio de adensamento em laboratório a partir de amostras indeformadas é pouco utilizado em obras urbanas correntes, primeiro devido à complexidade de sua obtenção e, segundo, por razão de sua interpretação não ser trivial. Usualmente, as obras corriqueiras não contam com técnicos capacitados que solicitem e interpretem tais resultados.

Na ausência de amostras indeformadas, estudos geológico-geotécnicos podem ajudar na identificação da presença de solos colapsíveis em uma dada região, mesmo que de maneira indireta. Esses estudos consistem em: levantamento bibliográfico; mapeamento de campo; execução de ensaios in situ; e em ensaios de laboratório em amostras deformadas.

No que diz respeito ao levantamento bibliográfico, mapas geológicos e pedológicos, bem como cartas geotécnicas, trazem informações relevantes quanto à gênese e ao comportamento dos solos. Sabe-se que horizontes de solos porosos, lateríticos, que passaram por ciclos de intemperismo e lixiviação, localizados acima do lençol freático, apresentam potencial para colapsibilidade. Deste modo, de posse dessas informações, o técnico responsável pelo projeto das fundações, sobretudo as rasas, deve se indagar sobre a necessidade ou não de maiores investigações geológico-geotécnicas no terreno, a fim de verificar o potencial de colapsibilidade do solo. Vale registrar que solos colapsíveis podem ocorrer tanto na forma de depósitos transportados (aluviões, colúvio etc.) quanto residuais (elúvio). Portanto, apresenta grande gama de ocorrência no território brasileiro, do Sul ao Norte.

Tratando-se de ensaios in situ, destaca-se o ensaio SPT (Standard Penetration Test) devido à sua ampla utilização em obras urbanas. A partir deste ensaio, pode-se suspeitar da ocorrência de solos colapsíveis quando se conjugam os valores de NSPT baixos com as descrições tátil-visuais dos solos, como cor, textura, estrutura, consistência, nódulos e concreções (ANTUNES e SALOMÃO, 2018). Contudo, quando nos referimos a ensaios in situ, os mais recomendados são os ensaios de Prova de Carga Direta com monitoramento da ascensão do lençol freático, bem como ensaios utilizando-se o equipamento expansocolapsômetro (VILAR e FERREIRA, 2015), que permitem obter valores diretos de recalques no solo em função da carga aplicada e da resposta do solo ao aumento do grau de umidade.

Em relação às amostras deformadas, a granulometria, os limites de Atterberg, o teor de umidade e a atividade podem indicar a colapsibilidade do solo, uma vez que solos colapsíveis geralmente apresentam limite de liquidez (LL), índice de plasticidade (IP) e teor de umidade inferiores a 45%, 25% e 10%, respectivamente (ALI, 2015 apud FREITAS. 2016).

Deste modo, a partir de dados indiretos, que são mais acessíveis, os técnicos responsáveis pelos projetos de obras urbanas, sobretudo edificações, podem desconfiar do comportamento colapsível do solo e demandar estudos mais pormenorizados, uma vez que o comportamento colapsível é melhor identificado por meio dos ensaios laboratoriais em amostras indeformadas.

Patologias Típicas

O colapso do solo, em geral, se dá de maneira abrupta frente à saturação do maciço. No entanto, algumas manifestações patológicas podem dar sinais de que o solo no qual se apoiam as fundações da edificação tem comportamento anômalo, como ilustram as Figuras 2 e 3, destacando-se:

• surgimento de fissuras e trincas nas edificações;
• abatimentos na superfície, tanto nos pisos das edificações como nos pavimentos externos; e
• inclinação de estruturas verticais, como postes.

Figura 2 – Colapso de uma residência sobre fundação direta em solo colapsível.

Figura 3 – Trincas e afundamento de piso em área externa de uma edificação.

Em ambientes em que ocorrem patologias associadas à colapsibilidade do solo é usual observar contraste no desempenho de estruturas e edificações construídas com fundações profundas em relação às construídas com fundações rasas. As fundações profundas distribuem as novas solicitações para as camadas mais competentes do terreno, inibindo, portanto, a ocorrência de recalques, enquanto as fundações rasas sofrem diretamente as consequências dos recalques, gerando as patologias descritas anteriormente.

RECOMENDAÇÕES

• O comportamento colapsível do solo e a verificação de eventuais vazios nas camadas do subsolo precisam ser confirmados por meio de ensaios de campo e de laboratório específicos. Essa confirmação é importante para subsidiar a tomada de decisões quanto às obras de recuperação de patologias existentes em imóveis e fundamental para as futuras obras de infraestrutura a serem realizadas na região.
• Os ensaios de campo (sondagens) fornecem informações relevantes quanto à estratigrafia do terreno e resistência do solo ao longo da profundidade, aqui inclusas as condições dos eventuais aterros executado na região. Cabe ressaltar que aterros com baixo grau de compactação são mais suscetíveis à infiltração de águas e, por conseguinte, aos processos erosivos gerados por percolação.
• Orientar os moradores sobre a importância de se promover a verificação e manutenção periódica das redes hidráulicas das residências, a fim de identificar eventuais vazamentos que possam contribuir para o surgimento de processos erosivos e de eventual colapso nas camadas de solo sob a fundação das residências.
• Elaboração de projetos de drenagem superficial dimensionados adequadamente, a fim de providenciar o correto disciplinamento da água, evitando a ocorrência de processos erosivos e possibilidade de infiltração de águas pluviais na região das fundações. Projetos de impermeabilização podem ser aventados.

Referências Bibliográficas

Ali, N.A. Performance of partially replaced collapsible soil: field study. Alexandria Engineering Journal, v. 54, n. 3, p. 527-532, 2015.

Antunes, F. S.; Salomão, F. X. T. 2018. Solos em Pedologia. In: Oliveira, A. M. dos S.; Monticeli, J. J. (Ed.). Geologia de Engenharia. São Paulo: ABGE – Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental, 2018, v. 2, p.71-85.

Campos, G.C., Santos, F. S. 2019. Colapsibilidade de solos em um distrito de Porto Velho – Rondônia: impactos em habitações populares. Revista IPT, Tecnologia e Inovação, v. 3, n. 11, p. 21-34.

Cintra, J.C.A., Aoki, N. Projeto de Fundações em Solos Colapsíveis. EESC-USP, São Carlos, 2009.

Freitas M.C. Avaliação técnica de melhoria de solos colapsíveis por meio de colunas de solo laterítico compactado. 2016. 200 f. Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2016.

Vilar. O.M.; Ferreira, S.R de M. 2015. Solos colapsíveis e expansivos. In: José Camapum de Carvalho et al. (Orgs). Solos não saturados no contexto geotécnico. São Paulo: ABMS - Associação Brasileira de Mecânica de Solos, 2015, p. 415-440.

Colaboração técnica

 

Felipe Schaeffer Santos — Geólogo pela Universidade de São Paulo (2010-2014), com especialização em Investigação do Subsolo – Geotecnia e Meio Ambiente (2015-2017) pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT). Atualmente é colaborador da Seção de Obras Civis (SOC) da Unidade de Negócios em Cidades, Infraestrutura e Meio Ambiente (CIMA) do IPT e Pós-Graduando no Programa de Geoquímica e Geotectônica da Universidade de São Paulo.

 

Gisleine Coelho de Campos — Engenheira Civil pela Universidade de São Paulo (1990), com Mestrado e Doutorado em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo (1997 e 2002, respectivamente), na área de Geotecnia. Pesquisadora do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), realiza trabalhos na área de Geotecnia, com ênfase em Fundações e Escavações. Atualmente é coordenadora e professora do Programa de Mestrado Profissional em Habitação do IPT, professora do curso de Especialização em Investigação do Subsolo do IPT e responsável técnica do IPT – OIA.

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