Potencialusoresiduo-Batista-2021

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VANESSA DE SOUZA BATISTA 
 
 
 
 
 
 
POTENCIAL DO USO DE RESÍDUO DE MINERAÇÃO DE ROCHA CALCÁRIA 
PARA ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS EXPANSIVOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
NATAL/RN 
2021
 
VANESSA DE SOUZA BATISTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POTENCIAL DO USO DE RESÍDUO DE MINERAÇÃO DE ROCHA CALCÁRIA PARA 
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS EXPANSIVOS 
 
 
 
 
 
Dissertação apresentada ao curso de Pós-
graduação em Engenharia Civil, da 
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 
como requisito final à obtenção do título de 
Mestre em Engenharia Civil. 
 
Orientador: Prof. Dr. Olavo Francisco dos 
Santos Junior. 
Coorientadora: Profª. Drª. Ana Patrícia Nunes 
Bandeira. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NATAL/RN 
2021 
 
VANESSA DE SOUZA BATISTA 
 
 
POTENCIAL DO USO DE RESÍDUO DE MINERAÇÃO DE ROCHA CALCÁRIA PARA 
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS EXPANSIVOS 
 
 
Dissertação apresentada ao curso de Pós-
graduação em Engenharia Civil, da 
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 
como requisito final à obtenção do título de 
Mestre em Engenharia Civil. 
 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
 
___________________________________________________________________________ 
Prof. Dr. Olavo F. dos Santos Jr – Orientador (UFRN) 
 
 
 
___________________________________________________________________________ 
Prof. Drª. Ana Patrícia Nunes Bandeira – Co-orientador (UFCA) 
 
 
 
___________________________________________________________________________ 
Prof. Dr. Maria del Pilar Durante Ingunza– Examinador Interno (UFRN) 
 
 
 
___________________________________________________________________________ 
Prof. Dr. Ricardo Nascimento Flores Severo – Examinador Externo (IFRN) 
 
 
Natal, 15 de dezembro de 2021. 
Batista, Vanessa de Souza.
 Potencial do uso de resíduo de mineração de rocha calcária
para estabilização de solos expansivos / Vanessa de Souza
Batista. - 2021.
 100 f.: il.
 Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, Centro de Ciências e Tecnologia, Pós-Graduação em
Engenharia Civil, Natal, RN, 2021.
 Orientador: Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior.
 Coorientadora: Profa. Dra. Ana Patrícia Nunes Bandeira.
 1. Estabilização de solos expansivos - Dissertação. 2.
Reutilização de resíduos de mineração - Dissertação. 3. Expansão
livre e tensão de expansão - Dissertação. I. Santos Junior,
Olavo Francisco dos. II. Bandeira, Ana Patrícia Nunes. III.
Título.
RN/UF/BCZM CDU 624.138
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Elaborado por Ana Cristina Cavalcanti Tinôco - CRB-15/262
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho a Deus, o verdadeiro 
orientador da minha vida. Ele sempre esteve 
comigo e supriu todas as necessidades. 
Agradeço ao meu pai (Ivanildo) pelo apoio 
incondicional. 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Primordialmente agradeço a Deus, por ter me concedido o dom da vida, e mesmo 
sem merecer, ter me proporcionado tudo, suprido todas as minhas necessidades, e como 
maravilhoso Pai que é, ter me guiado por todos os caminhos. Agradeço a Ele por cuidar de 
mim carinhosamente e me dar forças para superar todas adversidades, e permitir que tudo 
desta pesquisa corresse bem. “Pois dele, por ele e para ele são todas as coisas. A ele seja a 
glória para sempre! Amém.” (Romanos 11:36) 
Agradeço à minha família, por ter me dado suporte e incentivado a estudar desde a 
infância, e por terem lutado por mim, com todo seu esforço, durante toda caminhada até aqui. 
Em especial, agradeço ao meu Tio e Pai, Antônio Ivanildo, por acreditar em mim e dar o seu 
máximo para garantir que eu tivesse a melhor oportunidade possível para estudar e crescer na 
minha carreira. Sou grata também a todos os outros da minha família que acreditaram em 
mim e me apoiaram em tudo que necessitei. 
Aos meus orientadores Prof. Dr. Olavo F. dos Santos Jr e a Prof.ª Dra. Ana Patrícia 
Nunes Bandeira, por terem me guiado nesta jornada, com toda paciência e dedicação possível. 
Agradeço por terem me acolhido, mesmo com tantos compromissos. Além deles, quero 
destacar a Prof.ª Dra. María del Pilar Durante Ingunza, que contribuiu muito para a construção 
deste trabalho, sempre com orientações sábias e pacientes. 
Aos meus colegas que me ajudaram na realização dos ensaios: Saulo, Samily, 
Sabrina, Diana, Italcy, Levi, Halina Vitória, Thiago Luiz, e a todos que não foram citados, 
mas colaboraram de alguma forma para a concretização destes ensaios. 
Aos meus amigos que compartilharam comigo todos os momentos bons e me 
apoiaram nos momentos difíceis até aqui: Rayane, Nayana, Diana, Rozimeire, Paulo, Johny, 
Fabiola, Viviane e todas as meninas da célula Mandacaru. 
Aos Professores e Mestres que passaram pela minha vida, contribuindo de forma 
indescritível para minha formação acadêmica, com seus conhecimentos, incentivos e 
motivações. 
E por fim, a todos que contribuíram de alguma forma, para a realização deste 
projeto, o meu muito obrigada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trials teach us what we are; they dig up the soil, and let us see what 
we are made of. 
Charles Spurgeon. 
 
RESUMO 
 
Os resíduos de mineração podem causar diversos problemas ambientais que 
comprometem o desenvolvimento sustentável de uma região. Somando-se ao problema destes 
resíduos, tem sido frequente a ocorrência de patologias de obras apoiadas em solos 
expansivos, principalmente em regiões de clima semiárido. Esta pesquisa tem por objetivo 
principal avaliar o potencial de redução da expansão dos solos com a adição do resíduo de 
mineração de rocha calcária. O programa experimental foi realizado em duas etapas: 
primeiramente, foi feita a caracterização física e mineralógica dos materiais; em seguida 
foram realizados ensaios oedométricos de expansão livre e de tensão de expansão por meio de 
inundações de corpos de prova sob tensões de 5kPa, 60kPa e 120kPa. Os ensaios foram 
realizados no solo puro (S), no resíduo (limestone powder – LP) e em misturas resíduo/solo 
nas proporções em massa de 40%LP/60%S, 60%LP/40%S e 80%LP/20%S. Os resultados 
apontaram que o solo argiloso puro apresenta elevado potencial de expansão, com expansão 
livre de 39,1% e 1722,5 kPa de tensão de expansão. A média de redução da expansão livre 
varia de 62,5% a 90,57%, para o acréscimo de 40% a 80% de resíduo. Em relação a tensão de 
expansão, a redução varia de 83,75% a 98,16%. A mistura 60%LP+40%S sob uma tensão em 
torno de 62 kPa, o solo fica estável à expansão. A mistura 40%LP+60%S para tensões em 
torno de 280 kPa, pode não apresentar expansão. Quanto à porcentagem ideal, pelos 
resultados obtidos nesta pesquisa, indica-se a utilização de uma faixa de 40% a 60% de 
resíduo dependendo de quais tensões o solo estará sujeito. Desta forma, os resultados obtidos 
no estudo possibilitaram constatar que o resíduo de pedra calcária pode ser utilizado para 
tratamento de solos expansivos, agindo na forma de estabilização granulométrica. A 
quantidade de resíduo necessária para estabilização irá depender do potencial de expansão e 
da tensão de trabalho do solo. 
 
Palavras-chave: Estabilização de solos expansivos, aproveitamento de resíduos de 
mineração, expansão livre, tensão de expansão. 
 
 
ABSTRACT 
 
Mining residues can cause several environmental problems that compromise the sustainable 
development of a region. Adding to the problem of these residues, the occurrence of 
pathologies of works supported on expansive soils has been frequent, mainly in semiarid 
climate regions. The main objectiveof this research is to evaluate the potential for reducing 
the expansion of soils with the addition of limestone powder residue. The experimental 
program was carried out in two stages: first, the physical and mineralogical characterization 
of the materials; then, free swelling and swelling pressure. The tests were carried out through 
flooding of specimens under tensions of 5kPa, 60kPa and 120kPa. The tests were carried out 
in pure soil (S), in residue (limestone powder - LP) and in residue/soil mixtures in mass 
proportions of 40%LP/60%S, 60%LP/40%S and 80%LP/ 20%S. The results showed that the 
pure clayey soil has a high expansion potential, with free expansion of 39.1% and 1722.5 kPa 
of expansion stress. The average reduction of free expansion varies from 62.5% to 90.5%, for 
the addition of 40% to 80% of waste. In relation to expansion tension, the reduction varies 
from 83.75% to 98.16%. The mixture 60%LP+40%S under a tension around 62 kPa, the soil 
is stable to expansion. The 40%LP+60%S mixture for voltages around 280 kPa may not show 
expansion. As for the ideal percentage, according to the results obtained in this research, the 
use of a range of 40% to 60% of residue is indicated, depending on which stresses the soil 
will be subject to. Thus, the results obtained in the study made it possible to verify that the 
limestone residue can be used to treat expansive soils, acting in the form of granulometric 
stabilization. The amount of residue needed for stabilization will depend on the expansion 
potential and the working stress of the soil. 
 
Keywords: Stabilization High expansive soils. Recycling of natural stone wastes. Percent of 
heave. Swelling pressure. 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
FIGURA 1 – LOCALIZAÇÃO DOS MUNICÍPIOS DE SANTANA E NOVA OLINDA .............................. 16 
FIGURA 2 – PERFIL DE ROCHA CALCÁRIA NA PEDREIRA DOIS IRMÃOS EM NOVA OLINDA. ........ 17 
FIGURA 3 – ATRAÇÃO DE SUPERFÍCIE DIPOLO-DIPOLO ............................................................... 20 
FIGURA 4 – ESQUEMATIZAÇÃO DA HIDRATAÇÃO DE CÁTIONS, ADAPTADO DE MITCHELL AND 
SOGA (2005) ........................................................................................................... 21 
FIGURA 5 – ESQUEMATIZAÇÃO DA ATRAÇÃO OSMÓTICA, ADAPTADO DE MITCHELL AND SOGA 
(2005) ..................................................................................................................... 22 
FIGURA 6 – ESTRUTURA DE ARGILA COMPACTADA QUE DESCREVE O PROCESSO DE ENTRADA DE 
ÁGUA DENTRO DE PLACAS DE ARGILA NO NÍVEL MICRO ESTENDIDO, ADAPTADO DE 
MASIN AND KHALILI (2015) ................................................................................... 23 
FIGURA 7 – CARTA DE VAN DER MERWE (1964) ....................................................................... 26 
FIGURA 8 – BLOCO INDEFORMADO DE SOLO EXPANSIVO APÓS PERÍODO DE SECAGEM. .............. 31 
FIGURA 9 – DISTRIBUIÇÃO GLOBAL DE SOLO EXPANSIVO ONDE OCORREM OS PRINCIPAIS CUSTOS 
DE CONSTRUÇÃO (POR REGIÃO) .............................................................................. 35 
FIGURA 10 – REGISTRO FOTOGRÁFICO : (A) VERTISSOLO EBÂNICO, (B) VERTISSOLO HÁPLICO, 
(C) VERTISSOLO HIDROMÓRFICO. ........................................................................... 36 
FIGURA 11 – MAPA DE OCORRÊNCIAS DE SOLOS EXPANSIVOS NO BRASIL REGISTRADOS ATRAVÉS 
DE TRABALHOS CIENTÍFICOS, SEGUINDO A LISTA FEITA POR FERREIRA (2012) E 
ÁREAS COM PRESENÇA DE VERTISSOLOS ................................................................ 37 
FIGURA 12 – MATERIAL DESCARTADO DENTRO DA ÁREA DE LAVRA. ........................................ 50 
FIGURA 13 – FÓSSEIS PRESENTES NO MUSEU PLÁCIDO CIDADE NUVENS .................................. 51 
FIGURA 14 – FÓSSIL EM PEDRA CARIRI LAPIDADA. .................................................................... 52 
FIGURA 15 – ÁREA DE EXPLORAÇÃO DA PEDRA CARIRI ............................................................ 52 
FIGURA 16 - MAPA GEOLÓGICO SIMPLIFICADO DA BACIA DO ARARIPE E SEÇÃO ESTRATIGRÁFICA 
DO MEMBRO CRATO DA FORMAÇÃO SANTANA. ...................................................... 54 
FIGURA 17 – MAPA DA PEDOLOGIA LOCAL COM MARCAÇÃO DE AREAS DE LAVRA DA PEDRA 
CARIRI .................................................................................................................... 56 
FIGURA 18 – LOCALIZAÇÃO DA COLETA DE AMOSTRAS DE SOLO (A) PROCESSO DE ESCAVAÇÃO 
DA VALA (B) BLOCO INDEFORMADO PROTEGIDO COM PAPEL ALUMÍNIO (C) ............ 58 
FIGURA 19- VISÃO DOS RESÍDUOS ACUMULADOS NO LOCAL ..................................................... 59 
FIGURA 20- LOCALIZAÇÃO E COLETA DO RESÍDUO DE PEDRA CARIRI ....................................... 60 
 
FIGURA 21 - SECAGEM DAS AMOSTRAS (A) AMOSTRA INDEFORMADA APÓS SECAGEM (B) 
MOLDAGEM DA AMOSTRA NO ANEL (C) SECAGEM DA AMOSTRA COMPACTADA DE 
40% LP + 60% S COM OS TEMPOS DE 0,1,15, 24 E 48 HORAS (D) SECAGEM DO SOLO 
COMPACTADO COM OS TEMPOS DE 0,1,15, 24 E 48 HORAS, DA ESQUERDA PARA A 
DIREITA ................................................................................................................... 64 
FIGURA 22 – PERFIL DE UMIDADE .............................................................................................. 66 
FIGURA 23 – CURVAS GRANULOMÉTRICAS ............................................................................... 68 
FIGURA 24 – CARTA DE VAN DER MERWE(1964) COM CLASSIFICAÇÃO DO SOLO ARGILOSO DE 
SANTANA DO CARIRI. ............................................................................................. 69 
FIGURA 25 – REDUÇÃO DOS LIMITES DE CONSISTÊNCIA ............................................................. 70 
FIGURA 26 – CURVAS DE COMPACTAÇÃO .................................................................................. 72 
FIGURA 27 – DIFRATOGRAMA DO RESÍDUO DE PEDRA CARIRI ................................................... 75 
FIGURA 28 – DIFRATOGRAMA DO SOLO ARGILOSO ................................................................... 75 
FIGURA 29 – CURVAS DE EXPANSÃO LIVRE ............................................................................... 76 
FIGURA 30 – CURVAS DE TENSÃO DE EXPANSÃO ....................................................................... 77 
FIGURA 31 – CURVAS DE EXPANSÃO COM INUNDAÇÃO À 60 KPA .............................................. 79 
FIGURA 32 – CURVAS DE EXPANSÃO COM INUNDAÇÃO À 100 E 120 KPA .................................. 79 
FIGURA 33 – GRÁFICO DE REDUÇÃO DE EXPANSÃO LIVRE E TENSÃO DE EXPANSÃO .................. 80 
FIGURA 34 – TRINCAS E FISSURAS NAS ALVENARIAS DAS EDIFICAÇÕES..................................... 95 
FIGURA 35 – TRINCAS E FISSURAS NAS EDIFICAÇÕES ................................................................. 96 
FIGURA 36 – AVARIAS NOS PISOS DAS EDIFICAÇÕES .................................................................. 97 
FIGURA 37 – AVARIAS EM GERAL NAS EDIFICAÇÕES ................................................................. 98 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE QUADROS 
 
QUADRO 1- FATORES QUE INFLUENCIAM A EXPANSÃO DOS SOLOS ............................................ 32 
QUADRO 2 - CONDIÇÕES AMBIENTAIS QUE INFLUENCIAM O POTENCIAL DE EXPANSÃO ............. 33 
QUADRO 3 - FATORES DESENCADEADORES DOS SOLOS EXPANSIVOS E OS PROBLEMAS QUE 
PODEM SURGIR, COM AS RESPETIVAS SOLUÇÕES ..................................................... 47 
QUADRO 4 – NOMENCLATURA DAS MISTURAS........................................................................... 62 
QUADRO 5 – RESUMO DOS ENSAIOS MECÂNICOS REALIZADOS .................................................. 65 
QUADRO 6 - RESUMO DE CLASSIFICAÇÕES DO GRAU DE EXPANSÃO AVALIANDO-SE PELOS 
LIMITES DE CONSISTÊNCIA. ..................................................................................... 71 
QUADRO 7 – RESUMO DAS PRINCIPAIS INFORMAÇÕES OBTIDASCOM O CHECKLIST DE 
AVALIAÇÃO DE PATOLOGIAS. .................................................................................. 94 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
TABELA 1 – VALORES TÍPICOS DE ATIVIDADE DAS ARGILAS ...................................................... 24 
TABELA 2 – CRITÉRIO DE IDENTIFICAÇÃO HOLTZ AND GIBBS (1956). ....................................... 25 
TABELA 3 - CRITÉRIO DE IDENTIFICAÇÃO DE SEED ET AL. (1962). ............................................. 25 
TABELA 4 – CRITÉRIO DE RANGANATHAN E SATYNARAYANA (1965). ...................................... 26 
TABELA 5- CRITÉRIO DE CHEN (1965) ....................................................................................... 27 
TABELA 6 - CRITÉRIO DE DAKSANAMURTHY AND RAMAN (1973) ............................................ 27 
TABELA 7 – CRITÉRIO DE VIJAYVERGIYA AND GHAZZALY (1973) ............................................ 27 
TABELA 8 - CRITÉRIO DE CUELLAR (1978). ............................................................................... 28 
TABELA 9 – CRITÉRIO DE LAMBE (1960) ................................................................................... 28 
TABELA 10 – CRITÉRIO DA EXPANSÃO LIVRE SEGUNDO SEED ET AL. (1962). ............................ 29 
TABELA 11- GRAU DE EXPANSIVIDADE PELO CRITÉRIO DE CHEN (1965). .................................. 29 
TABELA 12 - CRITÉRIO DE JIMENEZ (1980)................................................................................ 30 
TABELA 13 - RESUMO DAS VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS TÉCNICAS DE ESTABILIZAÇÃO DE 
SOLO MECÂNICAS E QUÍMICAS ................................................................................ 39 
TABELA 14 - DIFERENTES TIPOS E CONFIGURAÇÕES DE FIBRAS NATURAIS E SINTÉTICAS USADAS 
PARA REFORÇO ....................................................................................................... 42 
TABELA 15 – DESCRIÇÃO DAS AREAS DE LAVRA DE ACORDO COM OS DADOS FORNECIDOS PELA 
ANM (2021). ......................................................................................................... 57 
TABELA 16 - DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS GRÃOS, OS LIMITES DE CONSISTÊNCIA, 
ATIVIDADE DA FRAÇÃO ARGILA, MASSA ESPECIFICA DOS GRÃOS E CLASSIFICAÇÃO 
DO SOLO. ................................................................................................................. 69 
TABELA 17 – TEOR DE UMIDADE ÓTIMO, DENSIDADE SECA MÁXIMA, ÍNDICE DE VAZIOS E GRAU 
DE SATURAÇÃO. ...................................................................................................... 73 
TABELA 18 -RESULTADO DA ANÁLISE QUÍMICA SEMIQUANTITATIVA DA AMOSTRA DE RESÍDUO 
DE PEDRA CARIRI. .................................................................................................. 73 
TABELA 19 - RESULTADO DA ANÁLISE QUÍMICA SEMIQUANTITATIVA DA AMOSTRA DE SOLO 
ARGILOSO DE SANTANA DO CARIRI. ....................................................................... 74 
TABELA 20 – DADOS DE EXPANSÃO LIVRE E TENSÃO DE EXPANSÃO .......................................... 78 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
ANM Agencia Nacional de Mineração 
ASE Área Superficial Especifica 
ASTM American Society for Testing and Materials 
BCS Black Cotton Soil 
CBR California Bearing Ratio 
CC Coeficiente de contração 
CKD Cement Kiln Dust 
CS Coeficiente de expansão 
CTC Capacidade de Troca Catiônica 
DLP Dolimitic Limestone Powder 
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem 
DNPM Departamento Nacional de Produção Mineral 
DRX Difratômetro de Raios X 
EMPRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária 
FRX Fluorescência por Raio-X 
FUNCEME Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos 
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística 
IP Índice de plasticidade 
IPECE Instituto de Pesquisa e Estratégia Econômica do Ceará 
LL Limite de liquidez 
LP Limite de plasticidade 
LP Limestone Powder 
NBR Norma Brasileira 
RBI grade 81 Inorganic, advanced soil stabiliser 
SEM Scanning electron microscope 
SiBCS Sistema Brasileiro de Classificação de Solos 
SIRGAS Sistema de Referencia Geocêntrico para as Américas 
SS Solo de Santana do Cariri 
UCS Unconfined Compression Strength 
USBR United States Bureau of Reclamation 
USCS Unified Soil Classification System 
UTM Universal Transversa de Mercator 
 
WC Limite de contração 
Wi Conteúdo Natural de água 
WMP Wast Marble Powder 
40%LP+60%S 40% de resíduo de pedra com 60 % de solo argiloso 
60%LP+40%S 60% de resíduo de pedra com 40 % de solo argiloso 
80%LP+20%S 80% de resíduo de pedra com 20 % de solo argiloso 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 16 
1.1 Objetivo Geral .......................................................................................................... 18 
1.2 Objetivos Específicos ................................................................................................ 18 
2 REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................... 19 
2.1 Solos Expansivos ....................................................................................................... 19 
2.1.1 Mecanismo de expansão ............................................................................................ 19 
2.1.2 Identificação dos solos expansivos............................................................................. 23 
2.1.3 Fatores que influenciam a expansão dos solos ........................................................... 30 
2.1.4 Ocorrência de solos expansivos ................................................................................. 35 
2.2 Estabilização de Solos Expansivos .......................................................................... 37 
2.2.1 Perspectiva histórica ................................................................................................... 37 
2.2.2 Tipos de técnicas para estabilização dos solos expansivos ........................................ 39 
2.2.2.1 Técnicas mecânicas / físicas....................................................................................... 40 
2.2.2.2 Técnicas químicas ...................................................................................................... 45 
2.2.2.3 Ações de remediação após construção ...................................................................... 46 
2.3 Pedra Cariri .............................................................................................................. 48 
3 MATERIAS E MÉTODOS ..................................................................................... 53 
3.1 Descrição da Área De Estudo .................................................................................. 53 
3.2 Investigação de Campo ............................................................................................ 57 
3.2.1 Coleta de Amostras .................................................................................................... 57 
3.2.2 Perfil de umidade do solo ........................................................................................... 60 
3.2.3 Verificação de danos causados às edificações do local .............................................. 61 
3.3 Investigação de Laboratório .................................................................................... 61 
3.3.1 Materiais ..................................................................................................................... 61 
3.3.2 Caracterização física................................................................................................... 62 
3.3.3 Caracterização química e mineralógica ...................................................................... 63 
3.3.4 Caracterização mecânica ............................................................................................63 
4 RESULTADOS ......................................................................................................... 66 
4.1 Investigação de Campo ............................................................................................ 66 
4.1.1 Perfil de Umidade ....................................................................................................... 66 
4.1.2 Investigação de patologias nas edificações ................................................................ 66 
4.2 Investigação de Laboratório .................................................................................... 67 
 
4.2.1 Caracterização Física .................................................................................................. 67 
4.2.2 Caracterização Química e Mineralógica .................................................................... 73 
4.2.2.1 FRX - Fluorescência de Raios - X..............................................................................74 
4.2.2.2 DRX - Difração de Raios - X......................................................................................75 
4.2.3 Caracterização mecânica ............................................................................................ 75 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................................... 81 
APÊNDICE A – FORMULÁRIO DE VERIFICAÇÃO DE DANOS ............................... 92 
APÊNDICE B – REGISTRO DAS PATOLOGIAS NAS EDIFICAÇÕES ...................... 94 
 
 
 
 
 
 
16 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
A indústria de rochas ornamentais e de revestimentos apresenta grande relevância 
econômica para o Brasil, o qual é o quarto maior produtor mundial. No ano de 2020 as 
exportações brasileiras de materiais rochosos naturais somaram US$ 987,4 milhões e 2,16 
milhões de toneladas, sendo o Ceará o terceiro maior estado exportador do Brasil (CHIODI 
FILHO, 2021). No Ceará, destaca-se a região do Cariri, considerada um importante polo 
mineral que possui cerca de 97 milhões de metros cúbicos de reserva de calcário laminado 
(denominado comercialmente de Pedra Cariri), abrangendo, principalmente, os municípios de 
Santana do Cariri e Nova Olinda, cuja localização é exibida na Figura 1. 
 
Figura 1 – Localização dos municípios de Santana e Nova Olinda 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
A Figura 2 mostra o perfil da rocha calcária na Pedreira dois Irmãos em Nova 
Olinda. A Pedra Cariri é um tipo de calcário sedimentar, formado essencialmente de 
17 
 
 
carbonato de cálcio. No processo de extração, os resíduos produzidos representam 70% da 
produção, pois a lavra é conduzida de forma rudimentar. Estes resíduos têm sua destinação 
final em locais inadequados, criando impactos ambientais negativos (CORREIA, VIDAL E 
RIBEIRO, 2006). 
Figura 2 – Perfil de rocha calcária na Pedreira Dois Irmãos em Nova Olinda. 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
Destaca-se que a gestão de resíduos sólidos industriais é uma preocupação mundial. 
No Brasil esse tema tem sido cada vez mais investigado no meio acadêmico. Diversos 
pesquisadores exploram novas aplicações e desenvolvem tecnologias com o intuito de 
conservar os recursos naturais e promover o desenvolvimento sustentável, como Barreto, 
Ghisi, Godoi e Oliveira (2020); Silva, Paes e Holanda (2011), Pederneiras et al. (2020), 
Gomes et al. (2020) e Ingunza, Santos Jr. e Gerab (2020). 
Somando-se ao problema dos resíduos sólidos, tem sido frequente a ocorrência de 
patologias de obras apoiadas em solos expansivos, principalmente em regiões de clima 
semiárido, como pode-se observar nas regiões de Picos-PI, Juazeiro do Norte-CE, Santana do 
Cariri-CE, Barbalha-CE, Paulista-PE, Nossa Senhora do Socorro-SE, entre outros, conforme 
apresentado nos trabalhos de Oliveira et al.(2018), Silva, Bandeira e Ribeiro (2016), Barbosa 
et al. (2021), Ferreira et al.(2013) e Leite et al.(2016). Os movimentos causados pela 
expansão do solo são normalmente de magnitude tal que provocam danos a estruturas prediais 
e pavimentos. Dependendo do potencial de expansão, esse tipo de solo pode promover mais 
18 
 
 
danos a estruturas do que desastres naturais, como terremotos e inundações (NELSON e 
MILLER, 1992). 
Na região de Santana do Cariri, o perfil observado nas pedreiras apresenta camadas 
superiores compostas de solo argiloso e camadas de calcário intemperizado que compõem 
aproximadamente 7 metros. Apenas cerca de 3 metros é aproveitado para extração de Pedra 
Cariri. O solo argiloso da camada superior é composto por montmorilonita, biotita, 
anortoclásio e quartzo, e apresenta alta plasticidade (Suassuna, Brasileiro e Prado, 2012). Essa 
camada superior apresenta potencialidade de ser expansiva, devido à presença do 
argilomineral montmorilonita. 
Alguns artigos internacionais apresentam resultados de estudos da influência dos 
resíduos de rochas ornamentais na redução do potencial de expansibilidade dos solos, 
destacando-se os trabalhos de: Baser (2009); Khan, Ali and Shah (2014); Memon et al. 
(2015); Ogila (2016); Saygili (2015) e Mohamed et al. (2021). 
Atrelada à carência de usos para os resíduos provenientes da extração de rochas 
ornamentais da Região Cariri Cearense, existe a necessidade da estabilização de solos 
expansivos; porém, não foi encontrado na literatura científica, publicações de estudos 
realizados no Brasil, sobre o uso do resíduo como estabilizador de solos expansivos; neste 
sentido, o presente trabalho foi desenvolvido com objetivo de subsidiar a minimização de dois 
problemas: dos impactos causados pelos resíduos de mineração e das patologias causadas pela 
expansão dos solos argilosos. 
 
1.1 Objetivo Geral 
 
O objetivo principal deste trabalho é avaliar o potencial de redução da expansão dos 
solos com a adição do resíduo de mineração de rocha calcária. 
 
1.2 Objetivos Específicos 
 
• Conhecer a caracterização física, química, mineralógica e mecânica da argila 
de Santana do Cariri, do resíduo de pedra e das misturas analisadas; 
• Investigar a redução da expansão livre e da tensão de expansão, para os 
diferentes teores de resíduo adicionados; 
• Averiguar uma faixa de teor de resíduo de pedra recomendável para 
estabilização da argila expansiva local. 
19 
 
 
 
2 REVISÃO DE LITERATURA 
 
2.1 Solos expansivos 
 
 O campo da mecânica dos solos pode se dividir em duas partes, a mecânica dos solos 
saturados e a dos solos não saturados. Essa distinção é necessária pela diferença de natureza e 
de comportamentos. Dentro do grupo dos solos não saturados estão os solos expansivos, 
quando em contato com água sofrem uma forte tensão de expansão por causa da sua 
composição mineralógica. O comportamento dos solos expansivos está associado ao 
fenômeno mecânico e físico-químico que ocorre a nível microscópico, sendo uma 
consequência das propriedades das partículas argilominerais presentes no solo (GENS; 
ALONSO, 1992). 
A maioria dos solos também está sujeito à expansão ou colapso quando em contato 
com água, dependendo da tensão aplicada e do histórico de tensão. Ao carregar o solo é 
possível que ocorra contração, e ao retirar o carregamento, devido ao alívio de tensões, poderá 
haver expansão. Além disso, na situação de um solo muito compacto pode ocorrer o 
rolamento das partículas umas por cima das outras devido a uma ação de cisalhamento, 
provocando dilatação resultando em variação de volume, apesar de não ser expansivo 
(BARBOSA, 2013; SHARMA, 1998). 
Desta forma, para identificar os solos expansivos, além de observar a variação de 
volume é importante atentar para a origem do solo. Dois grupos costumam originar solos 
expansivos, o primeiro engloba as rochas ígneas básicas como bassaltos, dolomitas e gabros. 
Os solos provenientes dessas rochas possuem os minerais feldspato e piroxenio, que se 
decompõem para formar a montmorilonitae outros minerais secundários. O segundo grupo 
são as rochas sedimentares que contém montmorilonita, como folhelhos, margas e calcários, 
com a sua desintegração física, formam solos expansivos (CHEN, 1975). 
 
2.1.1 Mecanismo de expansão 
 
A mudança de volume dos solos expansivos é causada por uma combinação de 
vários mecanismos. Esses mecanismos podem ser mecânicos e/ou físico-químicos. A 
expansão mecânica está relacionada a um alívio de tensões, a qual o solo está submetido. Na 
prática podem ocorrer devido às escavações realizadas pelo homem, à ação de movimentos 
20 
 
 
tectônicos e às erosões. Os mecanismos físico-químicos que determinam o potencial 
expansivo de um argilomineral são: atração superficial das partículas, hidratação de cátions e 
repulsão osmótica (SNETHEN; JOHNSON; PATRICK, 1977). 
A atração superficial das partículas dos argilominerais é um mecanismo gerado pela 
magnitude das forças eletrostáticas. Sabe-se que nas argilas predominam cargas 
eletronegativas, devido a substituições isomórficas. Como consequência dessa carga negativa 
na superfície das partículas de argila, forças eletrostáticas existem entre a superfície e os 
cátions trocáveis dentro do meio fluido. Em busca de manter a neutralidade dentro do meio 
fluido, os cátions são atraídos para a superfície das partículas de argila. A concentração de 
cátions diminui com a distância da superfície das partículas de argila. Essa mudança na 
concentração produz a propriedade eletrostática conhecida como camada dupla difusa. Além 
disso, a quantidade de cátions necessária para a manutenção da neutralidade na superfície da 
argila é a Capacidade de Troca Catiônica (CTC). A camada dupla, consequentemente, causa 
uma separação entre os minerais e as partículas, causando o comportamento expansivo 
(SCHMITZ, 2006). 
Essas forças atrativas de superfície existem entre minerais de argila, entre mineral e 
água, e entre minerais de argila e cátions. Essas ligações resultam da forma do mineral e de 
sua estrutura cristalina interna. A atração e fixação de moléculas de água se realizam através 
de ligações de hidrogênio das moléculas de água a superfície do mineral de argila, e pela 
atração dipolo-dipolo de moléculas de água, como representado na Figura 3. A atração dipolo-
superficie carregada nas argilas decresce com a distância à superfície (interior e exterior) do 
mineral. 
 
Figura 3 – Atração de superfície dipolo-dipolo 
 
Fonte: Adaptado de Mitchell and Soga (2005). 
21 
 
 
 
Somado a este, tem-se à hidratação de cátions, esse mecanismo pode-se considerar 
como um caso especial da atração da partícula de argila. É sabido que os cátions, tais como 
magnésio, sódio, potássio, são atraídos pela superfície das argilas, com a finalidade de 
neutralizar as diferenças de cargas. Nesta situação os cátions apresentam uma capacidade de 
atrair moléculas de água. Esta atração das moléculas de água resulta da carga do cátion que 
não foi completamente neutralizado. A influência da hidratação dos cátions implica, por um 
lado, forças de atração sobre moléculas de água, e por outro, aumento físico de tamanho (raio 
iônico) como é exibido na Figura 4. Não pode-se esquecer que, na realidade, não há sistemas 
puramente argila-água ou argila-cátion. Geralmente existe uma combinação argila-água-
cation que dá origem ao mecanismo de repulsão osmótica (PRESA, 1982). 
 
Figura 4 – Esquematização da hidratação de cátions, adaptado de Mitchell and Soga (2005) 
 
Fonte: Adaptado de Mitchell and Soga (2005). 
 
A repulsão osmótica, é um mecanismo relevante em condições de umidade e 
concentração iônicas elevadas. Ocorre com a entrada de moléculas de água entre as camadas 
dos argilominerais, por causa de diferenças de concentração iônica na dupla camada difusa. A 
maior concentração ocorre junto à superfície do argilomineral e diminui à medida que se 
afasta. As concentrações iônicas diferentes permitem o ingresso da água com a finalidade de 
22 
 
 
equilibrar essas variações. Desta forma, ocorre um aumento da dupla camada e 
consequentemente do volume do solo (PEREIRA, 2004). 
Quando a combinação argila-água-cátion entra em contato com a água, com uma 
concentração iónica diferente (menor), a dupla camada atua como uma membrana 
semipermeável. Desta forma, permite a entrada de água, a fim de igualar as concentrações 
iônicas. Este processo denomina-se atração osmótica, como mostrado na Figura 5. O resultado 
dessa atração osmótica é o aumento da dupla camada difusa, que por sua vez aumentará o 
volume da massa de solo. A influência exata da repulsão osmótica, na mudança de volume 
não se sabe perfeitamente, porém é aceitável que esse mecanismo tenha maior influência para 
umidades mais altas, normalmente maiores que a umidade ótima de compactação normal 
(PRESA, 1982). 
 
Figura 5 – Esquematização da atração osmótica, adaptado de Mitchell and Soga (2005) 
 
Fonte: Adaptado de Mitchell and Soga (2005). 
 
Por fim, destaca-se que nas diversas tentativas de estudar esses mecanismos de 
expansão alguns autores acrescentaram a esses três mecanismos, outros de menor influência, 
tais como as forças de van der waals e a relação elástica. A influência individual de cada um 
dos mecanismos é difícil de estabelecer (PRESA, 1982). 
23 
 
 
Destaca-se que os solos expansivos lidam principalmente com tipos e quantidades de 
poros e suas interações com a água. A Figura 6 ilustra os poros entre camadas de argila, 
também conhecido como espaço intercamada, que representa a microporosidade, enquanto os 
poros interparticula e interagregados são chamados de macroporosidades. A água presente em 
ambas às regiões difere em termos de seus estados físicos. A expansão ocorre quando a água 
entra nos espaços entre as camadas da partícula. A “partícula de argila” representa uma pilha 
interconectada de camadas de argila com no máximo quatro camadas de água cristalina. Os 
“agregados de argila” são o conjunto de unidades formadoras de “partículas de argila” de uma 
estrutura dupla de argila compactada. A porção da superfície da partícula de argila paralela às 
"camadas de argila" é chamada de "face da partícula". No entanto, a parte da superfície da 
partícula de argila normal à face da partícula é conhecida como "borda da partícula". As 
camadas duplas difusas são produzidas em torno das faces das partículas (JALAL et al., 2020) 
como mostra a Figura 6. 
 
Figura 6 - Estrutura de argila compactada que descreve o processo de entrada de água dentro 
de placas de argila no nível micro estendido, adaptado de Masin and Khalili (2015) 
 
Fonte: Adaptado de Mašín and Khalili (2016) 
 
2.1.2 Identificação dos solos expansivos 
 
Existem diferentes técnicas de classificação de solos potencialmente expansivos. 
Primeiramente deve-se destacar a caracterização mineralógica, útil para a avaliação do 
material, porém não é suficiente. Como por exemplo, a difração de Raio-X que identifica os 
24 
 
 
minerais argilosos baseado no espectro característico da sua difração por Raio-X. Além desse 
pode-se citar a microscopia eletrônica, utilizada para identificar os minerais argilosos baseado 
na dispersão que um feixe de elétrons experimenta ao atravessar o material. Os vários 
métodos de classificação mineralógica são importantes para atividades de pesquisas, porém, 
não são usuais para a prática da engenharia, por serem procedimentos caros e difíceis de 
executar. 
Outro método inclui as identificações indiretas, por meio do índice de plasticidade, 
limite de liquidez, atividade da argila, sucção do solo, dentre outros; no entanto nenhum tipo 
de identificação indireta deve ser usado de forma independente, caso contrário, as conclusões 
podem ser duvidosas e/ou falsas. 
O terceiro método trata-se das medidas diretas, as quais oferecem os melhores dados 
para a engenharia prática. Os testes são simples de executar e não requerem altos custos, nemequipamentos de alto desempenho. Destaca-se que os testes devem ser repetidos com o 
intuído de evitar conclusões incorretas (CHEN, 1975). 
 
2.1.2.1 Métodos de identificações indiretas 
 
• Skempton (1953) 
 
Os limites de consistência e quantidade de argila podem ser combinados em um 
único parâmetro chamado de atividade. Esse termo foi definido por Skempton (1953). A 
atividade é descrita como: 
Atividade (Ac) = IP/% argila 
Skempton sugere três classificações, classe inativo para atividades menor do que 
0,75, normal para atividades entre 0,75 e 1,25 e ativo para atividades maiores que 1,25. 
Argilas ativas promovem maior potencial de expansão. Valores típicos de alguns minerais 
estão apresentados na Tabela 1. 
 
Tabela 1 – Valores típicos de atividade das argilas 
Mineral Atividade 
Kaolinita 0,33 à 0,46 
Ilita 0,9 
Montmorilonita (Ca) 1,5 
Montmorilonita (Na) 7,2 
 Fonte: Nelson and Miller (1992). 
25 
 
 
 
 
• Holtz and Gibbs (1956) 
 
Este método, também conhecido como USBR, é fundamentado em considerações 
simultâneas de algumas propriedades do solo, envolve correlação direta da expansão com 
conteúdo coloidal, IP e limite de contração. Baseado nas correlações dessas propriedades 
propôs-se um critério de identificação de argilas expansivas, como mostrado na Tabela 2. 
 
Tabela 2 – Critério de identificação Holtz and Gibbs (1956). 
Percentual de 
Colóides 
< 0,001 mm 
Índice de 
Plasticidade 
(IP) 
Limite de 
Contração 
(WC) 
Expansão 
esperada 
Grau de 
Expansividade 
> 28 > 35 < 11 <10 Muito Alta 
20 – 31 25 – 41 7 – 12 10-20 Alta 
13 – 23 15 – 28 10 – 16 20-30 Média 
< 15 < 18 > 15 >30 Baixa 
 
• Seed et al (1962) 
 
Seed et al. (1962) correlaciona o índice de plasticidade com o grau de expansão. De 
acordo com o mostrado na Tabela 3. 
 
Tabela 3 - Critério de identificação de Seed et al. (1962). 
Grau de expansão IP 
Muito alto >35 
Alto 20-35 
Médio 10-20 
Baixo <10 
 
• Van der Merwe (1964) 
 
Van der Merwe (1964) correlaciona o índice de plasticidade e a fração de argila no 
solo, para realizar a previsão do potencial de expansão, de acordo com a carta mostrada na 
Figura 7. Esta classificação é interessante, pois considera como alto potencial de 
26 
 
 
expansibilidade solos que apresentam baixa atividade de Skempton, porém com um alta 
porcentagem de argila. 
 
Figura 7 – Carta de Van der Merwe (1964) 
 
Fonte: Adaptado de Van der Merwe (1964). 
 
• Ranganathan e Satynarayana (1965) 
 
Ranganathan e Satynarayana (1965) relacionam o grau de expansividade em função 
do índice de contração (IC), sendo a diferença entre o limite de liquidez (LL) e o limite de 
contração (WC), conforme Tabela 4. 
 
Tabela 4 – Critério de Ranganathan e Satynarayana (1965). 
IC = LL-WC (%) Grau de expansão 
>60 Muito alto 
30-60 Alto 
20-30 Médio 
<20 Baixo 
 
• Chen (1965) 
 
Chen (1965) correlaciona o limite de liquidez com o grau de expansão, assim como 
Daksanamurthy and Raman (1973). A classificação é mostrada na Tabela 5. 
 
27 
 
 
 
Tabela 5- Critério de Chen (1965) 
LL Grau de expansão 
>60 Muito alto 
40-60 Alto 
30-40 Médio 
<30 Baixo 
 
• Daksanamurthy and Raman (1973) 
 
O critério de Daksanamurthy and Raman (1973) correlaciona o limite de liquidez 
com o grau de expansão, como exibido na Tabela 6. 
 
Tabela 6 - Critério de Daksanamurthy and Raman (1973) 
LL Grau de expansão 
>70 Muito alto 
50-70 Alto 
35-50 Médio 
20-35 Baixo 
 
• Vijayvergiya and Ghazzaly (1973) 
 
O método define um índice de expansão para um solo expansivo como a proporção 
do conteúdo natural de água Wi e o limite de liquidez. Correlaciona esse índice com os dados 
de expansão e tensão dos testes edométricos. Em vez de um grau específico de expansão, os 
limites de provável expansão e pressão de expansão são definidos como mostrado na Tabela 
7. 
 
Tabela 7 – Critério de Vijayvergiya and Ghazzaly (1973) 
Wi/LL 
Provevel pressão de 
expansão (tsf) 
Provavel 
expansão 
(%) 
>0,5 <0,3 
0,37-0,5 0,3-1,25 1-4 
0,25-0,37 1,25-3 4-10 
<0,25 >3 >10 
 
 
28 
 
 
 
 
• Cuellar (1978) 
 
Cuellar (1978), sugeriu uma classificação para as argilas expansivas da Espanha, 
relacionando o limite de contração (WC) e o índice de plasticidade (IP), conforme 
apresentado na Tabela 8. 
 
Tabela 8 - Critério de Cuellar (1978). 
Limite de contração 
(WC) 
IP Grau de expansão 
<10 >35 Muito alto 
8-11 25-35 Alto 
11-15 15-25 Médio 
>15 <15 Baixo 
 
2.1.2.2 Métodos de identificações diretas 
 
• Critério de Lambe (1960) 
 
Na proposta de Lambe (1960), uma amostra do solo é colocada no anel e carregada 
com uma tensão nominal de 10 t/m². A amostra é inundada e após duas horas, afere-se a 
pressão alcançada em kPa. Essa pressão é o índice de expansividade ou índice de Lambe. 
Relacionando o índice com o potencial expansivo do solo tem-se o critério de Lambe (1960), 
conforme mostrado na Tabela 9. 
 
 Tabela 9 – Critério de Lambe (1960) 
Índice de Lambe (kPa) Potencial expansivo 
<80 Não crítico 
80-150 Marginal 
150-230 Crítico 
>230 Muito crítico 
 
 
 
 
 
29 
 
 
• Critérios da expansão Livre segundo Seed et al. (1962) 
 
Seed et al. (1962) compara a expansão livre, alusivo à amostra compactada à 
densidade máxima e umidade ótima, com uma tensão vertical de 7 kPa, com o grau de 
expansão do solo, descrito na Tabela 10. 
 
Tabela 10 – Critério da expansão livre segundo Seed et al. (1962). 
Expansão livre (%) tensão 
7kPa 
Grau de expansão 
>25 Muito alto 
5-25 Alto 
1-5 Médio 
0-1 Baixo 
 
• Grau de expansividade pelo critério de Chen (1965) 
 
Chen (1965) correlaciona a tensão de expansão e a expansão sob uma tensão de 50 
kPa com o grau de expansão, conforme mostrado na Tabela 11. 
 
Tabela 11- Grau de expansividade pelo critério de Chen (1965). 
Tensão de 
expansão 
Expansão ( sob 
tensão de 50kPa) 
Grau de 
expansividade 
>1000 >10 Muito alta 
250-1000 5-10 Alta 
50-250 1-5 Média 
<50 <1 Baixa 
 
• Critério de Jimenez (1980) 
 
Neste método, foram classificados possíveis danos que podem acontecer se não 
forem tomadas precauções especiais. Utilizando-se de solo proveniente de Andaluzia na 
Espanha. Os critérios são exibidos na Tabela 12. 
 
 
 
 
30 
 
 
 Tabela 12 - Critério de Jimenez (1980) 
Tensão de expansão (kPa) Possíveis danos 
>200 Demolição 
100-200 Danos Graves 
50-100 Fissuras Importantes 
20-50 Fissuras pequenas 
<20 Sem danos 
 
2.1.3 Fatores que influenciam a expansão dos solos 
O mecanismo de expansão é complexo e é influenciado por vários fatores. A 
expansão é o resultado de mudanças no sistema de água-solo que perturbam o equilíbrio 
interno das tensões. Partículas de argila geralmente são plaquetas com cargas elétricas 
negativas em suas superfícies e bordas com carga positiva. As cargas negativas são 
equilibradas por cátions na água do solo que se fixam nas superfícies das plaquetas por forças 
elétricas. O campo de força elétrica interpartícula é uma função das cargas superficiais 
negativas e da eletroquímica da água do solo. As forças de superfície de Van der Waals e as 
forças de adsorção entre os cristais de argila e as moléculas de água também influenciam o 
campo de força interpartículas. O sistema de força eletroquímica interna deve estar em 
equilíbrio com as tensões aplicadas externamente e a tensão capilar na água do solo. A tensão 
capilar é frequentemente chamada de sucção matricial (NELSON AND MILLER, 1992). 
Se a química da água do solo for alterada, seja alterando a quantidade de água ou a 
composição química, o campo de força interpartículas mudará. Se a mudança resultante nas 
forças internas não for equilibrada por uma mudança correspondente no estado de tensão 
aplicada externamente, o espaçamento das partículas mudará. Esta modificação ocorrerá de 
forma a ajustaras forças interpartículas até que o equilíbrio seja alcançado. Essa mudança no 
espaçamento das partículas se manifesta como retração ou dilatação. A Figura 8 exibe um 
bloco indeformado de solo expansivo, após um período de secagem, onde observa-se 
claramente a retração do solo, pois apresenta muitas trincas e rachaduras. Muitos dos fatores 
que influenciam o mecanismo de expansão também afetam ou são afetados por propriedades 
físicas do solo, como plasticidade ou densidade (NELSON AND MILLER, 1992). 
31 
 
 
Figura 8 – Bloco indeformado de solo expansivo após período de secagem. 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Os fatores que influenciam o potencial de contração-expansão de um solo podem ser 
considerados em três grupos diferentes, as características do solo que influenciam a natureza 
básica do campo de força interno, os fatores ambientais que influenciam as mudanças que 
podem ocorrer no sistema de força interna, e o estado de tensão. O solo e os fatores 
ambientais que afetam o comportamento de expansão e retração estão resumidos no Quadro 1 
e no Quadro 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
 
Quadro 1- Fatores que influenciam a expansão dos solos 
FATOR DESCRIÇÃO REFERÊNCIAS 
Mineralogia da argila Os argilominerais que tipicamente causam 
variações de volume no solo são: montmorilonitas, 
vermiculitas e algumas camadas mistas de minerais. Ilitas e 
caulinitas não são frequentemente expansivas, mas podem 
causar variações de volume quando o tamanho das partículas é 
extremamente pequeno. 
Grim (1968); Mitchell 
(1973, 1976); Snethen 
et al. (1977) 
Química da água no 
solo 
A expansão é reprimida pelo aumento da concentração de 
cátions e do aumento da valência dos cátions. Por exemplo, 
cátions Mg2 + na água do solo resultariam em menos expansão 
do que cátions Na + 
Mitchell (1976) 
Sucção do solo A sucção do solo é uma variável independente de tensão 
efetiva, representada pela pressão negativa dos poros em solos 
insaturados. A sucção do solo está relacionada à saturação, 
gravidade, tamanho e forma dos poros, tensão superficial e 
características elétricas e químicas das partículas do solo e da 
água 
Snethen (1980); 
Fredlund and 
Morgenstern (1977); 
Johnson (1973); Olsen 
and Langfelder (1965); 
Aitchison et al. (1965) 
Plasticidade Em geral, solos que exibem comportamento plástico em amplas 
faixas de teor de umidade e que têm altos limites de líquido têm 
maior potencial para inchar e encolher. A plasticidade é um 
indicador do potencial de expansão 
Nelson and Miller 
(1992) ver seção 3.1 
Estrutura e Textura 
do solo 
As argilas floculadas tendem a ser mais expansivas do que as 
argilas dispersas. Partículas cimentadas reduzem a expansão. A 
textura e a estrutura são alterados pela compactação com maior 
teor de água ou remoldagem. Foi demonstrado que a 
compactação por amassamento cria estruturas dispersas com 
menor potencial de expansão do que solos compactados 
estaticamente com menores teores de água 
Johnson and Snethen 
(1978); Seed et al 
(1962a). 
Densidade 
Seca 
Densidades mais altas geralmente indicam espaçamentos de 
partículas mais próximos, o que pode significar maiores forças 
repulsivas entre as partículas e grande potencial de expansão 
Chen (1973); 
Komomik and David 
(1969); Uppal (1965) 
 
Fonte: Nelson and Miller (1992). 
 
 
33 
 
 
 
Quadro 2 - Condições ambientais que influenciam o potencial de expansão 
FATOR DESCRIÇÃO REFERÊNCIAS 
1. Umidade inicial Um solo expansivo ressecado terá uma elevada afinidade por 
água ou sucção elevada, enquanto o mesmo com elevado teor de 
umidade diminuirá a sucção. De modo inverso, um perfil de 
solo úmido perderá umidade mais rápido quando exposto à 
secagem e contrairá mais do que um perfil de solo inicialmente 
seco. 
------------- 
2. Variação de 
umidade 
Variações de umidade na parte superior do perfil próximo a 
zona ativa definem principalmente os levantamentos. É nestas 
camadas que ocorrerão extensas variações de umidade e 
volume. 
Johnson (1978) 
2.1 Clima A quantidade e variação de precipitação e evapotranspiração 
influenciam fortemente a umidade e o perfil devido às variações 
climáticas. Em climas semi-áridos ocorrem levantamentos 
periódicos devido aos curtos períodos de chuva. 
Holland and 
Lawrence (1980) 
2.2 Água do subsolo Lençóis rasos de água fornecem uma fonte de umidade e lençóis 
de águas superficiais contribuem para o aumento da umidade. 
------------- 
2.3 Drenagem e 
fontes de águas 
superficiais 
Estruturas de drenagem superficiais, como por exemplo, 
tubulações, canaletas, etc., próximas a fundações de casas, 
podem se tornar uma fonte de água superficial. Vazamento de 
tubulações pode umidificar o solo até grandes profundidades 
Donaldson 
(1965) 
2.4 Vegetação Árvores, arbustos e gramas retiram a umidade do solo por 
transpiração, e tornam diferentemente úmido o solo para os 
variados tipos de vegetação. 
Bucley(1974) 
2.5 Permeabilidade Camadas com elevada permeabilidade, 
particularmente devido a fissuras e rachaduras na massa de solo, 
permitem uma rápida migração de água e romove uma rápida 
velocidade de expansão. 
Wise; 
Hudson,(1971); 
Debruijn,(1965) 
2.6 Temperatura Aumentos de temperatura causam a difusão de umidade para 
áreas mais frias abaixo de pavimentos e edifícios 
Johnson, 
(1978); 
Hamilton, 
(1969) 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
 
 
Quadro 2 - Condições ambientais que influenciam o potencial de expansão (continuação) 
FATOR DESCRIÇÃO REFERÊNCIAS 
 
3.0 Condições de 
tensão 
 
3.1 Histórico de 
tensões 
Um solo sobreadensado é mais expansivo que um solo com 
igual índice de vazios, porém normalmente adensado. Pressões 
de expansão podem aumentar com o envelhecimento de argilas 
compactas, mas o valor de expansão sob pequenos 
carregamentos não tem demonstrado ser afetado pelo 
envelhecimento de 
argilas compactas. Repetidos ciclos de 
umedecimento e secagem tendem a reduzir a expansão em 
amostras de laboratório, mas após um certo número de ciclos, a 
expansão não é afetada. 
Mitchell, 
(1976); 
Kassif; Baker, 
(1971) 
3.2 Condições in situ O estado de tensão inicial no solo pode ser estimado a fim de 
avaliar as prováveis conseqüências do carregamento sob a 
massa de solo e/ou alteração do ambiente inerente a umidade. 
As tensões efetivas iniciais podem ser grosseiramente 
determinadas através de amostragem e testes em laboratório, ou 
por medidas e observações in situ 
------------- 
3.3 Carregamento A grandeza de sobrecarga aplicada influi quantitativamente na 
mudança de volume que ocorrerá, para um dado teor de 
umidade e densidade. Uma carga externa aplicada atua para 
balanceando das forças repulsivas entre partículas e reduzindo a 
expansão 
Holtz (1959) 
3.4 Perfil do solo A espessura e posição da camada potencialmente expansiva 
influência consideravelmente no movimento do solo. Os 
maiores movimentos ocorrem em perfis que tem argilas 
expansivas 
desde a superfície até a região abaixo da zona ativa. 
Movimentos menores ocorrerão se o solo expansivo for 
recoberto por material não expansivo ou leito rochoso 
superficial 
Holland; 
Lawrence, 
(1980) 
Fonte: Nelson and Miller (1992). 
 
 
 
 
35 
 
 
2.1.4 Ocorrência de solos expansivos 
 
Os solos expansivos são encontrados em várias regiões no mundo, particularmente 
em regiões áridas e semiáridas. Essa distribuição depende da geologia, do clima, da 
hidrologia, geomorfologia e vegetação. Há relatos de ocorrência de solos expansivos nos 
seguintes países: Etiópia, Gana, Quênia, Marrocos, África do Sul e Zimbábue na África; 
Birmânia, China, Índia, Irã, Israel, Japão e Omã na Ásia; Argentina, Canadá, Cuba, México, 
Trinidad, EUA e Venezuela nas Américas; Chipre, Alemanha, Grécia, Noruega, Romênia, 
Espanha, Suécia, Turquia e Reino Unido na Europa; e Austrália (Figura9) (JONES, 2018). 
 
Figura 9 – Distribuição global de solo expansivo onde ocorrem os principais custos de 
construção (por região) 
 
 Fonte: Jones (2018) 
 
Quanto a ocorrência de solos expansivos no Brasil, vale ressaltar o fator pedologia 
dos solos. A classificação brasileira de solos define os Vertissolos como solos minerais, com 
cores desde escuras a amareladas, acinzentadas ou avermelhadas, geralmente com presença de 
fendas como consequência da expansão e contração do material argiloso, como mostrado na 
Figura 10. Estes apresentam limitações físicas bem-marcantes, como alta plasticidade e 
pegajosidade, quando molhados, devido à presença de argilominerais expansivos e, quando 
secos, são extremamente duros. Essas características são observadas em solos expansivos, 
36 
 
 
desta forma, onde há Vertissolos, existe uma alta suscetibilidade à presença de solos 
expansivos. Estes são encontrados de forma expressiva no Semiárido nordestino, no Pantanal 
Mato-Grossense, na Campanha Gaúcha e no Recôncavo Baiano (EMBRAPA, 2018). 
 
Figura 10 – Registro fotográfico : (a) Vertissolo Ebânico, (b) Vertissolo Háplico, (c) 
Vertissolo Hidromórfico. 
 
Fonte: EMBRAPA (2018) 
 
No Brasil, os solos expansivos são encontrados em locais diversos. A Figura 11 
mostra as ocorrências de solos expansivos no Brasil registrados em trabalhos científicos; 
inclui-se também algumas localidades com presença de Vertissolos, de acordo com o mapa 
pedológico do Brasil. 
37 
 
 
Figura 11 – Mapa de ocorrências de solos expansivos no Brasil e áreas com presença de 
Vertissolos. 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
 
2.2 Estabilização de solos expansivos 
 
2.2.1 Perspectiva histórica 
 
Em aproximadamente 80 anos de literatura geotécnica, observa-se um grande 
destaque para o estudo do comportamento das argilas, provavelmente por causa dos grandes 
danos estruturais resultantes da conduta deste tipo de solo, como pode ser visto em diversos 
trabalhos como os de Gill et al., 1996; Karp, 1994; Nelson and Miller, 1992; Meehan e Karp 
(1994); Day (1992) e Ozer, Ulusay e Isik (2011) . 
38 
 
 
Engenheiros, arquitetos e construtores, buscaram ao longo do tempo muitas formas 
de reduzir os danos causados por solos expansivos. As ações deles eram baseadas, 
frequentemente, em metodologias de tentativa e erro. Inicialmente, utilizaram estabilização 
mecânica, mas perceberam a necessidade de alterar as propriedades físico-químicas das 
argilas em prol de uma estabilização permanente. Na década de cinquenta, engenheiros 
começaram a publicar seus sucessos em modificações do comportamento das argilas. A 
maioria das ideias básicas utilizadas hoje, de melhoramento do comportamento dos solos 
expansivos, foi publicada até a década de sessenta, tanto as modificações físicas como 
químicas (PETRY AND LITTLE, 2002). 
Na segunda metade do século 20, muitas tentativas foram feitas pela comunidade 
geotécnica para explicar os fundamentos do comportamento de solos expansivos e sua 
identificação adequada. Um método por Palit (1953) foi relatado para determinar 
definitivamente a pressão de expansão do Black Cotton Soil (BCS), onde foi apontado que um 
aumento na altura da amostra durante o teste causa um aumento na pressão de expansão, 
embora a relação continue imatura. Informações obtidas a partir do ensaio endometrico por 
Jennings e Knight (1957) foram usadas para entender o fenômeno de expansão. Outros 
esforços levaram a determinação do potencial de expansão de argilas expansivas usando 
observações de laboratório, preditivas e de campo (LAMBE, 1960; FREDLUND, 1975; 
JOHNSON, 1978). 
Na década de 1960, a Iowa State University tornou-se líder em pesquisas na 
estabilização de solos com cal e cimento Portland. Os efeitos da pulverização e migração de 
calcário em solos tratados começou a ser estudado e ainda a durabilidade de solos 
estabilizados com cal. Diversos trabalhos desta época forneceram um aprofundamento e 
compreensão do mecanismo em que o hidróxido de cálcio interage na superfície dos minerais 
de argila para alterar a superfície e estabilizá-la. Além disso, a estabilização por injeção de 
pasta de cal de alta pressão começou na década de 1960. No final desta década, metodologias 
de estabilização de cal se tornaram as mais amplamente utilizadas para controlar solos 
argilosos expansivos (PETRY AND LITTLE, 2002). 
Posteriormente, na década de 70, estudos focaram em torno da estabilização com a 
Cal, constatou-se que esta trata até solos orgânicos. Estudou-se também a aceleração das 
reações solo-cal com a adição de sal na mistura. Nesta década também houve a publicação do 
primeiro manual sobre estabilização de solo com a cal. Porém com o tempo, dosagens 
errôneas de cal para estabilização de solos, fizeram com que este agente perdesse a 
credibilidade no meio geotécnico. Outros agentes químicos estabilizantes começaram a ser 
39 
 
 
estudados, como o cimento. Além disso, iniciou-se estudos sobre o efeito de barreiras de 
umidade, e ainda a associação desta com a pré-molhagem. Após isso, nos anos 80, as 
pesquisas começaram a se aprofundar nos fundamentos das reações solo-cal, e a utilização da 
cal foi melhor definida nesta época. Além disso continuaram-se as pesquisas com diversos 
agentes químicos. No início da década de 1990, a estabilização das argilas expansivas foi 
descrita em um livro de Nelson e Miller (1992). Com o passar do tempo, as pesquisas se 
aprofundaram e se diversificaram quanto aos agentes estabilizantes e inovações em formas de 
tratamento (PRETY AND LITTLE, 2002) 
 
2.2.2 Tipos de técnicas para estabilização dos solos expansivos 
 
Para a estabilização do solo, dois métodos são frequentemente empregados, 
estabilizações mecânicas e químicas ((ESTABRAGH et al., 2013; ESTABRAGH; 
RAFATJO; JAVADI, 2014; SOLTANI; DENG; TAHERI, 2018). Cada um dos dois métodos 
pode ser usado independentemente ou simultaneamente. Para argilas expansivas, os 
engenheiros preferem a modificação físico-química do solo para alcançar durabilidade 
(PETRY E LITTLE, 2002). Ou seja, a consolidação da variação de expansão e retração é 
calibrada de forma a manter ou melhorar as propriedades relacionadas à força, por um período 
extenso. Isso é obtido usualmente, através de estabilização química (IKEAGWUANI; 
NWONU, 2019). 
A Tabela 13 mostra um resumo das vantagens e desvantagens dos métodos de 
estabilização mecânicos e químicos. 
 
Tabela 13 - Resumo das vantagens e desvantagens das técnicas de estabilização de solo 
mecânicas e químicas 
Técnica Vantagens Desvantagens 
Mecânica 
(i) O processo de aplicação é relativamente fácil e 
não requer mão de obra com alto nível de 
especialização; 
(i) Envolve atividade física prolongada a ser 
executada in situ quando o controle de qualidade 
é essencial, desta forma pode ser demorada; 
 (ii) Não requer testes laboratoriais demorados; 
 
(iii) Não apresenta risco de impacto ambiental 
devido a utilização de compostos nocivos; 
(ii) O resultado pode ser imprevisível, 
principalmente com as técnicas de pré-
umedecimento e os ciclos de umedecimento e 
secagem; 
 
 
 
 
(iv) Pode servir como uma alternativa de gestão 
de resíduos eficaz para aterros; 
(iii) Quando as condições do solo são críticas, 
não é suficiente; 
40 
 
 
 
(v) Pode ser facilmente aplicado quando as 
propriedades do solo não são consideradas 
críticas. 
(iv) Normalmente, não são suficientes para a 
estabilização do solo, sozinhos. 
 
Químicas 
(i) O resultado esperado é obtido através de testes 
laboratoriais padronizados; 
(i) A aplicação em situ, talvez não seja 
pragmática devido as condições de campo 
variarem com as condições dos experimentos 
controlados de laboratório; 
 
(ii) Na maioria das vezes a quantidade de aditivo 
químico necessária é muito pequena, não sendo 
relevante no custo; 
(ii) A liberação de compostos nocivos,está 
frequentemente, associada com a produção e 
reação de alguns agentes tradicionais, e também 
ao risco de contaminação do lençol freático 
através de elementos tóxicos lixiviados; 
 
(iii) Uma vez que o processo se baseia na reação 
química dependente do tempo que ocorre 
espontaneamente após o início da mistura, não é 
um processo demorado; 
(iii) Pode não ser adequado quando o custo de 
obtenção do aditivo químico torna-se proibitivo, 
em relação a quantidade necessária para a 
estabilização eficaz do solo; 
 
(iv) Também serve como estratégia de gestão de 
resíduos para reciclar sub produtos de indústrias; (iv) Quando as condições desfavoráveis são 
predominantes, o efeito de estabilização química 
pode tornar-se prejudicial, por exemplo reações 
solo-cal-sulfato, estabilização induzida por 
craqueamento etc. 
(v) Considerado independentemente efetivo em 
relação ao melhoramento das propriedades do 
solo. 
Fonte: Adaptado Ikeagwuani e Nwonu (2019) 
 
2.2.2.1 Técnicas mecânicas / físicas 
 
• Compactação 
 
A compactação é uma técnica de engenharia para densificar o solo ao empacotar as 
partículas mais perto umas das outras, com a redução do volume de ar. Esta técnica resultará 
no aumento da resistência ao cisalhamento do solo e diminuir sua compressibilidade. A 
compactação também pode aumentar a capacidade de carga do solo, aumenta o fator de 
segurança contra possíveis falhas e reduz as características de expansão e contração do solo 
(ATTOM, 1997). Os efeitos da variação do teor de umidade e da densidade em solos 
expansivos foram estudados nos últimos anos. Uma relação exponencial positiva foi 
estabelecida entre a densidade seca máxima e a força expansiva, enquanto foi negativa entre o 
teor de umidade e força expansiva. Este resultado está de acordo com estudos em que o 
potencial de expansão aumenta com o aumento da densidade seca máxima e diminuição do 
teor de água (FERBER et al., 2009; HUSSAIN, 2017). 
 O efeito do processo de compactação em solo expansivo é mais perceptível em 
escala macroscópica do que em microestrutura. Estudos microestruturais realizados em 
misturas compactadas de bentonita-areia usando porosimetria de intrusão de mercúrio 
mostrou que os poros intra-agregados com tamanho médio diâmetro menor que 0,2 µm não 
41 
 
 
foram afetados pela densidade seca do solo. Enquanto os poros inter-agregados variaram em 
diferentes densidades secas (10 µm a 1,67 Mg/cm³ e 50 µm a 1,97 Mg/cm³) (WANG et al., 
2013; CUI, 2017). A relevância do controle de compactação na estabilização expansiva do 
solo é evidente, uma vez que a flutuação de umidade é a força motriz por trás do 
comportamento de mudança de volume exibido pelo solo (IKEAGWUANI E NWONU, 2019). 
 
• Ciclos de molhagem e secagem 
 
Devido à natureza do comportamento de expansão do solo, os ciclos de secagem e 
molhagem do solo são frequentemente usados para investigação das condições de equilíbrio 
no campo. Um ciclo de secagem e molhagem envolve basicamente inundar o solo expansivo 
com água até que o inchaço completo seja obtido, seguido por uma secagem correspondente 
do solo ao seu conteúdo inicial de água. O ciclo é repetido até que um estado de equilíbrio 
seja alcançado, no qual a deformação plástica gradualmente desaparece. 
As investigações sobre o efeito dos ciclos de secagem e molhagem em solos 
expansivos mostraram resultados conflitantes. Soltani et al. (2017) investigou recentemente o 
impacto do ciclo de secagem e molhagem no comportamento de dilatação de um solo 
expansivo. Os resultados da curva de deformação axial mostraram claramente uma redução de 
cerca de 50% no potencial de dilatação, aumento de 30% no potencial de retração e faixa de 
deformação plástica de 6,8% a partir de um valor inicial de 7,1% no 1º ciclo a 0,3% no 5º 
ciclo, representando a condição de equilíbrio. Vários pesquisadores também relataram 
redução semelhante no potencial de inchaço com aumento no número de ciclos de secagem 
com umedecimento, incluindo Yazdandoust e Yasrobi (2010) e Estabragh et al. (2013). 
Os ciclos de secagem e umedecimento também são usados para estudos de 
durabilidade de aditivos químicos usados na estabilização do solo para entender o 
desempenho de longo prazo de tais aditivos em condições de campo, alternando 
umedecimento e secagem no solo estabilizado (IKEAGWUANI E NWONU, 2019). 
 
• Reforço 
 
O reforço do solo como meio mecânico de estabilizar solos fracos envolve o uso de 
materiais fibrosos que podem estar na forma de geossintéticos (geogrelha, geotêxtil, 
geocompósito, geonet e geocell) ou fibras distribuídas aleatoriamente de origem natural ou 
sintética (HEJAZI et al., 2012). Em outras palavras, muitas vezes requer a colocação dos 
42 
 
 
componentes mencionados aleatoriamente ou especificamente projetados no regime de solo, e 
cria uma rede de reforço tridimensional (3D) em favor de tecer (ou intertravar) os grãos do 
solo em uma unidade de massa, com desempenho mecânico melhorado. Diferentes tipos e 
configurações de fibras naturais e sintéticas usadas para reforço do solo são mostrados na 
Tabela 14. 
 
Tabela 14 - Diferentes tipos e configurações de fibras naturais e sintéticas usadas para reforço 
Fonte da 
fibra 
 Tipo da fibra 
Dosagem/ 
quantidade 
ótima (%) 
 
Configuração 
da fibra 
(mm) 
 Referência 
Natural 
 Fibra de coco 0,2-1 >4,75 Jayasree et al. (2015) 
 Medula de fibra de coco 0,5-3 <4,75 Jayasree et al. (2015) 
 Fibra de sisal 0,25-1 10-25 
Prabakar and Sridhar 
(2002) 
 Fibra de palma 0-1 20-40 Marandi et al. (2008) 
 Fibra de juta 0,3-0,9 6-18 Wang et al. (2017) 
 Fibra de linho 0,6 85 Segetin et al. (2007) 
 Fibra de palha de cevada 0-3,5 10-500 Bouhicha et al. (2005) 
Sintética 
 Fibra residual de carpete 1-5 2-200 Mirzababaei et al. (2013a) 
 Fibra de polipropileno 0,5-1,5 10-30 Estabragh et al. (2014) 
 Resíduos de fibra de borracha 0-10 ≤15 Yadav and Tiwari (2017b) 
 Fibra de poliéster 0-2 3-12 Kumar et al. (2006) 
 Fibra de vidro 0,25-1 10-30 Patel and Singh (2015) 
 Fibra de polietileno 0-4 12-36 Choudhary et al. (2010) 
 Fibra de álcool polivinílico 1 12 Park (2011) 
Fonte: Ikeagwuani e Nwonu (2019). 
 
Uma revisão abrangente de fibras naturais e sintéticas para o reforço do solo foi feito 
por Hejazi et al. (2012), descrevendo os efeitos de algumas fibras distribuídas aleatoriamente 
nas propriedades de engenharia dos solos. No entanto, a discussão sobre os efeitos de 
estabilização de resíduos de fibra de carpete e resíduos de fibras de borracha não foi incluída 
neste trabalho. 
• Resíduos 
 
O aproveitamento racional de um subproduto pode implicar numa redução 
importante no impacto ambiental que seria gerado pelo seu descarte. Desta forma, resulta em 
grandes vantagens para o meio ambiente. Somado a isto, uma prática comum para estabilizar 
os solos expansivos é retirar parte do material e substituir por materiais não expansivos como 
areia e pedregulhos. Porém, essa solução está atrelada a um custo elevado para execução, 
43 
 
 
como alternativa a isto, busca realizar a mistura da argila expansiva com outros tipos de 
materiais não expansivos. Por isso, nos últimos anos, os resíduos sólidos têm sido estudados 
como os agentes não expansivos incluídos nessas misturas (AHMED; HASSAN; LOTFI, 
2019). 
Dentro dos resíduos sólidos destaca-se a reciclagem de resíduos de rochas 
ornamentais pois são uma preocupação global. Pesquisadores estão trabalhando para explorar 
novas aplicações e desenvolvimento de tecnologias com o intuito de conservar os recursos 
naturais, promover o desenvolvimento sustentável, bem como eliminar os impactos causados 
à saúde humana. Uma das formas de utilização desses resíduos tem sido na estabilização de 
solos expansivos. 
Em meio a esses, ressalta-se a utilização do resíduo de pedra calcaria como 
estabilizante. Ogila (2016)estudou a aplicação de colunas de resíduo com variados diâmetros 
e da sua mistura no solo com diversas porcentagens. Obteve como resultado que a pressão de 
expansão e a porcentagem de expansão diminuem muito com o aumento dos diâmetros do 
núcleo inserido e as porcentagens de mistura de resíduo de calcário. Os valores percentuais 
médios de redução da tensão de expansão e da expansão livre são aumentados de 2,21% para 
43,09% e de 2,56% para 45,64%, respectivamente, para amostras de solo tratado com 
aumento nos diâmetros de núcleo de resíduo de calcário de 5 mm para 20 mm (1% a 16% da 
área total do solo). Os valores percentuais médios de redução da tensão de expansão e do 
percentual de elevação aumentaram de 10,29% para 70,73% e de 22,29% para 82,90%, 
respectivamente, para amostras de solo tratado com aumento nas porcentagens de mistura de 
resíduo de calcário de 10% a 30%. 
Além desta pesquisa, Ahmed, Hassan e Lotfi (2019) também avaliaram resíduos de 
pedra calcária, porém neste artigo, dois tipos de agentes estabilizantes são investigados: cal 
hidratada e subproduto de calcário dolomítico (DLP). O estudo revela que a cal é mais 
eficiente do que DLP na redução do inchaço e aumento da resistência. A cal hidratada e o 
DLP são considerados eficazes como estabilizadores na redução do índice de plasticidade (IP) 
e melhoramento da trabalhabilidade do solo. Por fim, misturar cal com DLP (uma substância 
barata) aumenta a eficiência da cal em reduzir a expansão do solo e aumentando sua 
resistência. 
Somado a estes, Pastor et al. (2019) também estudou aplicação de resíduo de pedra 
calcária. Nesta pesquisa, foi estudada a utilização deste subproduto como aditivo para 
beneficiamento de solos argilosos. O solo natural testado trata-se de uma argila mole do 
sudeste da Espanha, que foi misturada pela adição de 5, 10, 15, 20 e 25% de resíduo de 
44 
 
 
calcário seco por peso seco total do solo. Obteve-se como resultado uma redução do Limite de 
Líquido e do Índice de Plasticidade em até 17 e 32%, respectivamente, quando 25% do 
aditivo é adicionado. A redução do índice de expansão livre atinge um valor máximo de 61% 
quando 15% de resíduo foi adicionado. A resistência à compressão não confinada aumenta até 
148% para a porcentagem máxima de adição. Observa-se uma redução da compressibilidade 
do solo misturado. Os índices Cc e Cs diminuem até 27% e 31%, respectivamente, quando o 
solo foi misturado com 25% de resíduo de calcário. Imagens SEM mostram uma 
microestrutura mais compacta do solo quando o resíduo de calcário é adicionado. De uma 
forma geral, os resultados obtidos mostram um aumento da resistência do solo e uma redução 
da sua deformabilidade com a adição de resíduo de calcário. 
Ademais, outros estudos também avaliaram a utilização de resíduos subprodutos da 
extração de mármore. Tais como Memon et al., (2015), esta pesquisa apresenta os detalhes e 
resultados de um estudo experimental para investigar o uso do resíduo de mármore como um 
estabilizador. As amostras de solo foram coletadas em diferentes locais da cidade de 
Nawabshah, Paquistão, enquanto o resíduo de mármore foi obtido no mercado local. O 
resíduo do mármore em proporções de 4, 8, 12, 16 e 20% em peso de entulho foi adicionado 
ao solo. A expansividade do solo, que foi “moderada”, reduziu-se para “insignificante” com 
proporção de 20% do resíduo de mármore. Os resultados mostraram melhorias notáveis nas 
propriedades físicas do solo com a adição de resíduo de mármore, que pode ser usado na 
prática como um estabilizador potencial para fortalecer os solos argilosos fracos. 
Saygili (2015) também avaliou a possibilidade de utilização de resíduos de resíduo 
de mármore na estabilização argilas expansivas. As taxas de adição de resíduo de mármore 
que foram estudadas foram de 0%, 5%,10%, 20% e 30% em peso. Os resultados indicam que 
a adição de resíduo de mármore melhorou os parâmetros de resistência ao cisalhamento e 
reduziu o potencial de expansão das amostras de argila testadas. Öncü e Bilsel (2018) também 
utilizaram o resíduo de mármore, porem como agente estabilizante secundário, os testes foram 
conduzidos em misturas expansivas de solo-areia com 5, 10 e 20% de inclusões de resíduos 
de mármore durante períodos de cura de 7, 28 e 90 dias. Os resultados dos testes mostraram 
que 10% de resíduo de mármore e 5% de resíduo de mármore por massa seca foram as 
quantidades ideais para mitigar o potencial de dilatação-retração e o índice de compressão, 
bem como produzir os maiores valores de resistência à compressão e flexão não confinados. 
Somado a estes, destaca-se uma pesquisa mais recente, Sakr et al. (2021), que 
também avaliou a aplicação do resíduo de mármore como estabilizante, através de um estudo 
de caso. Os resultados indicam que a tensão de expansão e o potencial de expansão são 
45 
 
 
reduzidos de 805,7 para 576 kN / m2 e 15,78 para 7,11%, respectivamente. O índice de 
plasticidade diminuiu de 35,9% (alta plasticidade) para 19,4% (baixa plasticidade), e o índice 
de expansão livre torna-se zero com a adição de resíduo de mármore residual (WMP). Este 
estudo recomenda uma substituição de 40% do WMP. Essa quantidade é adequada e 
econômica para este tipo de tratamento devido as suas soluções positivas para proteger o meio 
ambiente da poluição e reduzir o custo da construção. 
Outro resíduo bastante estudado para estabilização de solos é o Cement Kiln Dust 
(CKD). Trata-se de um resíduo sólido, de granulação fina, altamente alcalino, removido do 
gás de exaustão do forno de cimento por dispositivos de controle de poluição do ar. Kumar e 
Janewoo (2016) trabalha com um solo argiloso, altamente plástico, expansivo, com (CKD) e 
estabilizador (RBI Grau 81). A argila misturada com CKD, CKD e RBI Grau 81 revelou que 
os teores ideais são 10% CKD, 15% CKD com 4% RBI Grau 81, respectivamente. O 
resultado indica que o CKD sozinho diminuirá a densidade seca máxima e aumentará o teor 
de umidade ideal. CKD com RBI Grau 81 aumenta ligeiramente a densidade seca máxima e 
diminui o teor de umidade ideal. UCS aumentou com CKD sozinho e CKD com RBI Grau 81 
de 88,3 para 976 kN / m2, respectivamente. Os valores de CBR foram aumentados pela 
adição de CKD, CKD com RBI Grau 81 de 1,65 para 21,7%. Com o tempo de cura de 3, 14 e 
28 dias, os valores de UCS e CBR aumentaram devido à reação pozolânica do material de 
cimentação. O solo tratado teve redução considerável no índice de compressão. 
Ogila (2021) também trabalha com os solos de argila de alta expansibilidade e 
estabiliza-os usando várias dosagens de CKD como uma alternativa econômica para outros 
agentes estabilizadores como cal, cimento e outros produtos químicos estabilizadores. Este 
estudo revelou que ao adicionar CKD, a trabalhabilidade das argilas tratadas foi aumentada 
diminuindo o limite de líquido e índice de plasticidade, bem como aumentando a capacidade 
de carga. De acordo com os resultados deste estudo, o uso de uma quantidade considerável de 
CKD na estabilização de argilas problemáticas poderia potencialmente consumir a maior parte 
desse resíduo que é gerado todos os anos. Como além de ser considerada a alternativa mais 
econômica e sustentável comparada aos demais agentes estabilizadores químicos do solo. 
 
2.2.2.2 Técnicas químicas 
 
Com a estabilização química modifica-se de forma permanente as propriedades 
físicas e mecânicas do solo. Utiliza-se aditivos como a cal, o cimento Portland, silicatos de 
sódio, materiais betuminosos, resinas, compostos de fósforo, em quantidade suficiente para 
46 
 
 
influenciar positivamente as propriedades do solo. A aplicação desses agentes químicos 
tradicionais tem sido estudada e frequentemente realizada nestas últimas décadas. Baseado em 
pesquisas previas (BAHAR; BENAZZOUG; KENAI, 2004; ESTABRAGH; 
BEYTOLAHPOUR; JAVADI, 2011; TAHERI et al., 2012), acredita-se que os agentes 
cimentantes, como