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, comocal, cimento e fly-ash (cinzas de carvão, pozolânicas), podem reduzir o 
potencial de expansão, aumentar a resistência ao cisalhamento e melhorar a resistência ao 
efeito de umedecimento e secagem. Na presença de água, a adição desses materiais ao solo 
promete uma serie de reações químicas, imediatas e de longo prazo, entre os aditivos e o solo 
(SOLTANI, 2017). 
Estudos prévios reportam a efetividade do uso de cal como agente para redução do 
potencial de expansão (ABIODUN; NALBANTOGLU, 2015; BELL, 1996; LEITE et al., 
2016; LITTLE, 1999). As rochas calcárias são decompostas a elevadas temperaturas para a 
formação da cal. Este material tem sido conhecido por proporcionar a diminuição do potencial 
de expansão, o limite de liquidez, índice de plasticidade e máxima densidade seca do solo, e 
por aumentar o teor ótimo de água e a resistência do solo. Assim, melhora a trabalhabilidade e 
facilidade de compactação dos solos em situações de sub-base (FIROOZI et al., 2017). 
Outros aditivos que reagem quimicamente com o solo, muitas vezes na presença de 
umidade suficiente para interações físico-químicas, podem ser referidos como agentes não 
tradicionais. Esses materiais incluem subprodutos industriais (pó de forno de cimento, poeira 
de forno de cal, escoria de aço, cinzas de carvão, resíduos de minas e outros), além destes, 
outros resíduos com teor de óxido de cálcio, os óleos sulfonados, compostos iônicos e 
polímeros (IKEAGWUANI; NWONU, 2019). Destaca-se ainda o uso de resíduos 
provenientes da produção de rochas ornamentais, estes tem sido amplamente estudado nos 
últimos anos com o intuito de reaproveitar materiais desprezados pelas indústrias (BASER, 
2009; KHAN; ALI; SHAH, 2014; OGILA, 2016; PASTOR et al., 2019; SAYGILI, 2015). 
 
2.2.2.3 Ações de remediação após construção 
 
O primeiro passo na investigação de danos estruturais deve ser uma inspeção 
detalhada no local por um engenheiro profissional com experiência em solo expansivo. Toda 
a história relativa à estrutura e ao solo é valiosa, mas às vezes é difícil de obter. Ao fazer a 
inspeção do local, é altamente recomendável que o engenheiro use um questionário ou 
formulário de coleta de dados. O formulário a ser usado deve ser desenvolvido e 
personalizado para o local e tipo de estrutura que está sendo investigada. As principais 
47 
 
 
vantagens de usar um formulário padrão desse tipo é que os dados são coletados de maneira 
consistente, as informações detalhadas não são esquecidas e os dados são reunidos de maneira 
ordenada e organizada. Além das informações coletadas no formulário, as leituras de elevação 
devem ser registradas ao redor da fundação e lajes para auxiliar na avaliação do problema. 
Não existem procedimentos padrão na aplicação de medidas corretivas. Em geral, a inovação 
é necessária no projeto de diferentes sistemas (NELSON AND MILLER, 1992). 
Farid e Amin (2013) sugeriram algumas ações para mitigar os problemas dos solos 
expansivos depois da construção, tais como: 
- Certificar que a drenagem adequada fica longe da estrutura; 
- Garantir que a plantação de árvores se situe pelo menos a 4,5 m de distância das 
fundações; 
- Manter um nível uniforme e constante de água no solo e fornecer resistência 
adicional e apoio à fundação; 
- Reparar vazamentos dos canos; 
- Incentivar a remoção de extensões tubos de queda com descarga direta; 
- Promover a instalação de drenos. 
Santos (2017) apresenta um quadro adaptado de Nuhfer et al. (1997) que sintetiza 
alguns fatores que causam problemas com os solos expansivos e suas respectivas soluções. 
 
Quadro 3 - Fatores desencadeadores dos solos expansivos e os problemas que podem surgir, 
com as respetivas soluções 
Fatores 
desencadeadores 
Possíveis problemas Possíveis ações 
Chuva O escoamento não uniforme 
do telhado pode resultar em 
um empolamento localizado. 
Manter o solo inclinado longe de todos os 
lados da fundação para uma distância de 
pelo menos 5m; usar calhas com 
tubos de descarga, pelo menos a 3m da 
fundação. 
Tubos de 
queda com 
descarga direta 
As fontes concentradas de 
água podem levar a 
movimentos de fundação não 
uniformes. 
Estender a descarga um mínimo de 0,9m 
da fundação e usar blocos para proteger da 
força da queda da água e evitar a erosão 
Drenagem 
deficiente 
A coleta localizada de água da 
chuva que flui ou que jaz ao 
lado da fundação pode 
conduzir ao empolamento 
localizado da fundação. 
Declives de terreno afastado de todos os 
lados da fundação; manter a linha de 
sujidade vários centímetros abaixo da linha 
de tijolo; usar solos argilosos para criar a 
inclinação positiva longe da fundação. Não 
usar solos arenosos para o preenchimento 
próximo à fundação - usar argilas. 
Enchimento compacto para escorrer a 
água, não absorvê-la. 
48 
 
 
Canteiros/ 
Arbustos 
A fonte localizada de água 
pode resultar em movimentos 
de fundação não uniformes. 
Não utilizar água de irrigação; inclinação 
da superfície do solo longe da fundação. 
Aspersores 
de rega 
Válvulas e juntas podem vazar 
com o tempo, resultando em 
fontes de água localizadas que 
podem causar movimentos de 
fundação não uniformes 
Verificar e corrigir quaisquer vazamentos 
nas juntas e válvulas. 
Árvores As raízes das árvores crescem 
sob as bases e secam solos 
causando assentamentos não-
uniformes da fundação. 
Plantar as árvores a uma distância maior 
do que sua altura em relação a fundação. 
Se as árvores existentes estiverem mais 
próximas, instalar um sistema de barreira 
de árvore de aproximadamente 1,2m de 
profundidade. 
Infiltração 
superficial 
A fonte concentrada de água 
para solos de fundação pode 
resultar em empolamentos não 
uniformes na fundação. 
Instalar o dreno da trincheira do interceptor 
para cima, para coletar e desviar a água de 
infiltração em torno dos solos da fundação 
e descarregar para baixo segundo o 
declive. 
Perdas de 
água segundo o 
mergulho das 
camadas 
Fugas em linhas de esgoto 
ou de água fornecem fonte 
localizada de água que pode 
levar a movimentos de 
fundação localizados. 
Monitorar contas de água; obter 
canalizador de detecção de vazamento para 
isolar e reparar vazamentos, verificar 
reparos com testes de pressão 
Evapotranspiração A elevação gradual e 
uniforme da humidade do solo 
sob as fundações pode levar a 
uma elevação gradual da 
estrutura. 
Ocorrência normal, rigidez da fundação 
deve ser projetado e construído para esta 
condição de longo prazo. 
Fonte: Nuhter et al. (1997) apud Santos (2017) 
 
2.3 Pedra Cariri 
 
Inicialmente, a Pedra Cariri foi denominada como Pedra Santana pelos moradores de 
Santana do Cariri e Nova Olinda. O material era retirado e usado na forma artesanal, para 
pisos e revestimentos de residências. De acordo com Departamento Nacional de Produção 
Mineral (DNPM), as atividades extrativas de caráter explorativo na região de Santana do 
Cariri e Nova Olinda, iniciaram-se por volta de 1945, porém, somente em 1970 o Calcário 
Laminado passa a ser explorado comercialmente (PEREIRA, 2021). 
Desde então, a extração ganhou força, devido ao seu retorno econômico elevado. 
Mas ao mesmo tempo que esta atividade tenha um retorno econômico desejável, proporciona 
variados impactos ambientais. Entre estes, cabe aqui destacar: A intensificação de atividades 
intempéricas e erosivas; o desmatamento da vegetação, que provoca um desequilíbrio na 
distribuição geográfica da fauna nativa; e a erradicação do Patrimônio Paleontológico da 
região (PEREIRA, 2021). 
49 
 
 
Nos municípios de Nova Olinda e Santana do Cariri, as jazidas carbonáticas são 
caracterizadas por um relevo cárstico, composto por zonas escarpadas e vales pequenos. 
Nessa região, o calcário se apresenta em pacotes bem espessos, de cor creme, laminado, de 
granulação fina e contém fósseis. Apresentam-se em camadas sub-horizontais, com 
mergulhos de valoresbaixos, no sentido norte. É cortado por um vale, formando a bacia 
hidrográfica do rio Cariús na área do jazimento (BEZERRA, 2015). 
Localmente, a lavra é feita por microempresas, na forma de lajes para a produção de 
ladrilhos, usados como revestimento de piso e paredes, bancadas, artesanato mineral e mesas. 
O produto com a maior demanda é o ladrilho 50x50 cm, o valor varia de acordo com a mina 
de extração e com o mercado o qual será comercializado (MORAIS et al., 2020). 
O método de lavrar e beneficiar a Pedra Cariri é considerado inadequado, devido ao 
uso de tecnologias rudimentares às condições das jazidas, além de faltar acompanhamento 
técnico especializado. A lavra é direcionada de modo seletivo, sempre a céu aberto, em forma 
de salão. Com a retirada do material se expande para baixo ou para os lados. A primeira fase 
da lavra consiste na limpeza do solo para a retirada da vegetação e do próprio solo, depois é 
retirada a camada de argila e do calcário intemperizado. O volume de material descartado é 
diferente dentro de cada afloramento. Em algumas minas o capeamento é de apenas 
centímetros logo chegando à rocha desejada. Em outras é preciso capear cerca de 10 a 15 
metros. 
O avanço da lavra ocorre de fora para dentro e para baixo, de forma bastante 
irregular, formando vários patamares. O material descartado como sobras, placas quebradas e 
materiais friáveis é retirado em carrinhos de mão e são empilhados na frente da lavra, como 
mostrado na Figura 12, isto provoca o estrangulamento da área de lavra. O volume de resíduo 
é enorme, formando verdadeiros paredões de material. 
 
50 
 
 
Figura 12 – Material descartado dentro da área de lavra. 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Vidal e Padilha (2003) estimam uma perca de 90% da lavra em operação manual e 
cerca de 60% em operação com utilização de máquina. Apesar de essa informação ser 
desatualizada, em visitas recentes nas lavras, percebe-se que o desperdício e a grande 
produção de resíduos continuam, e não houve grandes alterações ao longo dos anos. 
Além disso, de acordo com Vidal et al. (2008) os calcários laminados desta região 
são conhecidos por conterem fosseis de importância mundial, devido ao excelente estado de 
conservação e a grande quantidade e variedade de espécies neles encontradas. 
O Museu de Paleontologia Plácido Cidade Nuvens, gerenciado pela Universidade 
Regional do Cariri (URCA), mantém projetos de escavações permanentes de fósseis em toda 
a Bacia do Araripe, bem como coleta sistemática de fósseis nas frentes de escavações do 
calcário laminado, nos municípios de Nova Olinda e Santana do Cariri. Seu atual acervo 
abriga vários grupos de fósseis (Figura 13), sendo que os maiores representantes são: troncos 
51 
 
 
petrificados (por silicificação), impressões de samambaias, pinheiros e plantas com frutos; 
moluscos, artrópodes (crustáceos, aranhas, escorpiões e insetos); peixes, anfíbios e répteis 
(tartarugas, lagartos, crocodilianos, pterossauros e dinossauros). Todo esse material fossilífero 
é proveniente, principalmente, das Formações Missão Velha e Santana (membros Crato, Ipubi 
e Romualdo) da Bacia do Araripe. 
 
Figura 13 – Fósseis presentes no Museu Plácido Cidade Nuvens 
 
Fonte: Museu de Paleontologia Plácido Cidade Nuvens (2021). 
 
Desta forma, percebe-se que além do acúmulo de resíduos a mineração da Pedra 
Cariri, ocasiona outro grande impacto: destruição do patrimônio fossilífero da Chapada do 
Araripe, contido no calcário laminado de Nova Olinda e de Santana do Cariri. Apesar dos 
mineradores quase unanimemente afirmarem a não ocorrência de fósseis nas lajes, é possível 
encontrá-los facilmente nos blocos cortados e empilhados dentro da mina, Figura 14 
(BEZERRA, 2013). 
 
52 
 
 
Figura 14 – Fóssil em Pedra Cariri lapidada. 
 
Fonte: Campos (2016). 
 
 Na região de Nova Olinda e Santana do Cariri, observa-se a presença de buracos de 
minas sendo operados na ilegalidade, sem registros no DNPM (Figura 15). Este fato, dificulta 
a regulamentação e a fiscalização destes empreendimentos pelos órgãos oficiais mineradores e 
ambientais. Desta forma, necessita-se de um planejamento ambiental voltado para o 
desenvolvimento sustentável na mineração, buscando a redução de impactos na produção, e 
aumentando a reutilização das substâncias minerais a fim de manter e melhorar a qualidade do 
meio ambiente para a sociedade atual e futura de Nova Olinda (BEZERRA, 2013). 
Figura 15 – Área de exploração da Pedra Cariri 
 
Fonte: Bezerra (2013). 
 
53 
 
 
3 MATERIAS E MÉTODOS 
 
3.1 Descrição da área de estudo 
 
O município de Santana do Cariri apresenta uma área de 855,2 km² e população 
estimada de 17.712 pessoas, segundo o Censo de 2020 do IBGE. Localiza-se à 475 m de 
altitude, distancia em linha reta a capital, Fortaleza, de 406 km. Os municípios limítrofes ao 
norte são Nova Olinda, Altaneira, Assaré; ao sul o estado de Pernambuco; ao leste Crato, 
Nova Olinda; ao oeste Potengi e Araripe (IPECE, 2006). Quanto ao relevo, na porção sul é 
tabular, compreendendo o cimo da Chapada do Araripe, com altitudes superiores a 900 m. Ao 
norte, as formas são suaves e pouco dissecadas, compondo o relevo da Depressão Sertaneja. 
Com relação às características vegetais é possível encontrar: cerradão, mata seca (floresta 
subcaducifólia tropical), mata úmida (floresta subperenifólia tropical plúvio-nebular), 
caatinga arbórea (floresta caducifólia espinhosa) e carrasco (FEITOSA, BRANDÃO E 
BENVENUTI, 1998). 
O município de Nova Olinda apresenta uma área de 282,6 km² e população estimada 
de 15.684 pessoas, segundo o Censo de 2020 do IBGE. Localiza-se à 445 m de altitude, 
distancia em linha reta a capital, Fortaleza, de 393 km. Os municípios limítrofes ao norte são 
Farias Brito e Altaneira; ao sul Santana do Cariri; ao leste Crato e Farias Brito; ao oeste 
Santana do Cariri (IPECE, 2013). Quanto ao relevo possui formas suaves e pouco dissecadas 
da Depressão Sertaneja, resultado da superfície de aplainamento em atuação no Cenozóico. 
Referente à cobertura vegetal encontra-se a caatinga arbórea ou floresta caducifólia espinhosa 
e manchas de mata seca (floresta subcaducifólia tropical pluvial) (FEITOSA E COLARES, 
1998). 
Em relação ao clima da região, é caracterizado como tropical quente semiárido, com 
temperaturas que variam de 23º à 29ºC. A precipitação de chuva oscila em torno dos 800 mm 
anuais, e o período de chuvas é de fevereiro à maio, e os meses de dezembro e janeiro são 
considerados pré-estação chuvosa Estes municípios localizam-se na Bacia sedimentar do 
Araripe (Figura 16), especificamente na Formação Santana. Dentre as formações constituintes 
da Bacia do Araripe, a Formação Santana, estratigraficamente, é a mais complexa, porém 
também é a de maior interesse comercial, pelas extensas jazidas de gipsita e pela ocorrência 
do calcário laminado (regionalmente conhecido como Pedra Cariri). Além disso constitui um 
dos maiores sítios paleontológicos do Brasil, que preservou nas rochas sedimentares inúmeros 
54 
 
 
fósseis em excelente estado de conservação, demonstrando a diversidade da natureza (MELO, 
2008). 
 
Figura 16 - Mapa geológico simplificado da Bacia do Araripe e seção estratigráfica do 
membro Crato da Formação Santana 
 
 Fonte: Adaptado Fambrine et al. (2020). 
 
A Formação Santana é composta por três membros, denominados membro Crato 
(seção inferior), constituído de calcários e siltitos laminados; membro Ipubi (seção 
intermediária), constituído de gipsita, calcários e margas com concentrações calcárias 
fossiliferas; e membro Romualdo (seção superior), abrangendo argilas, siltitos com 
conchostráceos e gastrópodes (BEURLEN, 1971 apud MELO, 2008). 
Os municípios de Santana do Cariri e Nova Olinda encontram-se no membro Crato. 
Este membro constitui um pacote que apresenta uma espessura média da ordem de 50 metros 
e compreende, da base parao topo, folhelhos cinzas, castanhos, calcíferos, laminados e 
calcários micriticos cinzas claro e creme, argilosos e finamente laminados (PONTE E APPI, 
55 
 
 
1990 apud MELO, 2008). Fambrine et al. (2020) sugere a estrutura mostrada na Figura 16, 
com calcários laminados, folhelhos siltosos, folhelhos argilosos e presença de ritmito argila-
carbonato. 
O município de Santana do Cariri apresenta um quadro geológico onde observa-se 
rochas do embasamento cristalino pré-cambriano, representado por gnaisses e migmatitos 
diversos, quartzitos e metacalcários, associados a rochas plutônicas e metaplutônicas de 
composição predominantemente granítica. Sobre esse substrato repousam sequências 
sedimentares da bacia do Araripe, que predomina na área, abrangendo rochas do Grupo 
Missão Velha, Formação Santana e Formação Exu, que são constituídas por arenitos, 
conglomerados, siltitos, folhelhos, calcários, margas e gipsita. As camadas de gipsita, que são 
lenticulares e lateralmente contíguas a folhelhos cinzas-esverdeados, carbonatos ou mesmo 
arenitos, apresentam espessura máxima da ordem de 30 metros. Além destas formações, 
ocorrem coberturas de solos aluvionares, de idade quaternária, com texturas de areias, siltes, 
argilas e cascalhos, que se distribuem ao longo dos principais cursos d’água que drenam o 
município (ASSINE, 1992; e FEITOSA, BRANDÃO E VENTURINE, 1998). 
No município de Nova Olinda predominam rochas Pré-Cambrianas do embasamento 
cristalino (quartzitos, xistos, gnaisses e migmatitos). No extremo sul ocorrem rochas 
sedimentares da bacia do Araripe, representadas por arenitos da Formação Mauriti (Eo-
Cambriano) e calcários da Formação Santana (Mesozóico). Ao longo das principais drenagens 
ocorrem depósitos aluvionares, em geral, descontínuos e de fina espessura (FEITOSA E 
COLARES, 1998). 
Quanto a pedologia local, de acordo com o Levantamento Exploratório de 
Reconhecimento de Solos do Estado do Ceará, disponibilizado pela Embrapa (2017), nos 
municípios de Nova Olinda e Santana do Cariri encontra-se os Latossolos Vermelho-
Amarelos, Podzólico Vermelho-Amarelo Equivalente Eutrófico, solos Litólicos, Terra Roxa 
Estruturada Similar e Vertissolos, como mostrado na Figura 17. 
 Os Vertissolos são caracterizados no Sistema Brasileiro de Classificação de Solos 
(SiBCS) por apresentarem pronunciadas expansões com o aumento do teor de água no solo e 
fendas profundas devido à contração do solo na época seca; ou seja, apresentam evidências de 
movimentação da massa. Esses solos são de consistência muito plástica e muito pegajosa 
devido à presença comum de argilas expansivas ou mistura destas com outros argilominerais 
(EMBRAPA, 2018). Desta forma as áreas com presença de Vertissolos possuem 
suscetibilidade à presença de solos expansivos. Em Santana do Cariri, o potencial de 
56 
 
 
expansibilidade do solo foi quantificado em pesquisas anteriores, como Maciel (2016), Santos 
(2019) e Lima (2019), confirmando a existência de solos expansivos no município. 
 
Figura 17 – Mapa da pedologia local com marcação de areas de lavra da Pedra Cariri 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Ainda na Figura 17 observa-se a representação de cinco áreas de lavras existentes 
nos municípios envolvidos por esta pesquisa, que são registradas na Agência Nacional de 
Mineração (ANM). A Tabela 15 traz informações dessas lavras, onde consta o número do 
processo documental, nome do requerente, situação da atividade, tamanho da área da 
mineradora e o município de localização. 
 
 
 
 
 
57 
 
 
Tabela 15 – Descrição das areas de lavra de acordo com os dados fornecidos pela ANM 
(2021). 
Área Processo Requerente Situação Área (ha) Município 
1 800.024/1998 
Cooperativa de Mineração dos 
Produtores da Pedra Cariri 
Ceará 
Ativo 711,8 
Nova Olinda e 
Santana do Cariri 
2 800.026/1998 
Cooperativa de Mineração dos 
Produtores da Pedra Cariri 
Ceará 
Ativo 817,47 Nova Olinda 
3 800.025/1998 
Cooperativa de Mineração dos 
Produtores da Pedra Cariri 
Ceará 
Ativo 80 Nova Olinda 
4 800.639/1986 Mineração Casa de Pedra Ativo 318,66 Santana do Cariri 
5 800.675/2007 
Cooperativa de Mineração dos 
Produtores da Pedra Cariri 
Ceará 
Inativo 999,4 Santana do Cariri 
Fonte: Agência Nacional de Mineração (2021). 
 
3.2 Investigação de campo 
 
3.2.1 Coleta de Amostras 
 
Para o desenvolvimento da presente pesquisa, foram coletadas amostras deformadas 
e indeformadas do solo argiloso do município de Santana do Cariri, de uma localização, 
denominada aqui, de Ponto A. Enquanto o resíduo foi coletado em uma mineradora, no 
município de Nova Olinda, de uma localização, denominada, de Ponto B. A distância entre o 
Ponto A e o Ponto B é de 11 km (Figura 17). 
 
3.2.1.1 Solo 
 
As amostras de solo foram coletadas no dia 18 de março de 2020, período chuvoso 
da região. A coleta ocorreu em frente a um conjunto habitacional, logo na entrada do 
município de Santana do Cariri, como mostrado na Figura 18(a), Ponto A. Na localidade era 
evidente a presença danos graves nas edificações devido a expansão do solo. 
58 
 
 
Figura 18 – Localização da coleta de amostras de solo (a) processo de escavação da vala (b) 
bloco indeformado protegido com papel alumínio (c). 
 
Fonte: (a) Google Maps (2021); (b e c) Elaborado pela autora (2021). 
 
A amostra indeformada foi coletada em forma de bloco cúbico, com dimensões de 40 
cm de aresta, à profundidade de 0,6 m à 1,0 m a partir da superfície do terreno. A escavação 
foi realizada de forma manual (Figura 18(b)), com pás e enxadas. A amostra amolgada foi 
coletada durante a escavação, partir de 0,4 m da superfície do terreno, pois com essa 
profundidade já não havia a presença de material orgânico no solo, como raízes e vegetações. 
Coletou-se também amostras de solo do entorno do bloco, obtendo-se, no total, cerca de 250 
kg de solo amolgado. 
Após a escavação do poço, realizou-se a moldagem do bloco. Em seguida, o bloco 
foi envolvido com papel alumínio (Figura 18(c)), tecido e uma camada de parafina. Essas 
camadas foram utilizadas para preservação da umidade e proteção do solo. O armazenamento 
do bloco foi feito em caixa de madeira, recebendo tratamento de proteção, com 
preenchimento dos espaços vazios com serragem de madeira. 
Por fim as amostras foram devidamente identificadas e transportadas para o 
Laboratório de Mecânica dos Solos da Universidade Federal do Cariri (UFCA), em Juazeiro 
59 
 
 
do Norte – Ce, tomando todos os cuidados possíveis para não haver perturbações durante o 
trajeto. 
 
3.2.1.2 Resíduo de Pedra Cariri 
 
O resíduo da Pedra Cariri foi coletado na mineradora Dois Irmãos, que faz parte da 
Cooperativa de Mineração dos Produtores da Pedra Cariri Ceará, localizada no Sitio Barro 
Alto, 1200, Distrito Grossos, Nova Olinda. O material foi coletado de uma pilha de resíduo 
acumulado nas margens de uma das vias internas de acesso, como mostrado na 
 
Figura 19, sem a necessidade de nenhum beneficiamento. Coletou-se cerca de 250 kg 
de resíduo com granulometria mais fina possível. A Figura 20 apresenta o ponto de 
localização da coleta do resíduo (Ponto B) e traz imagens do resíduo da pedra e do processo, 
realizado manualmente, com pás e baldes. 
 
Figura 19- Visão dos resíduos acumulados no local 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
60 
 
 
Figura 20- Localização e coleta do resíduo de Pedra Cariri 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021) e Google Maps (2021). 
 
3.2.2 Perfil de umidade do solo 
 
A fim de identificar a profundidade da camada ativa do solo, realizou-se um perfil de 
umidade do solo no início da estação chuvosa (01/2021). 
O perfil de umidade do solo foi obtido seguindo as etapas: 
• Realizou-se limpeza da área superficial com enxada, retirando-se vegetação 
rasteira e raízes; 
• Perfuração de um poço com trado manual; 
• Coleta de amostra a cada 30 cm, 3 amostrascom aproximadamente 80 g cada; 
61 
 
 
• As amostras foram colocadas em capsulas e pesadas em campo, através de 
balança de precisão mecânica. 
• A coleta ocorreu até a profundidade de 1,1 m onde chegava-se na rocha 
impenetrável com o trado manual. 
• Por fim, as amostras foram devidamente armazenadas, identificadas e 
transportadas para o laboratório de mecânica dos solos da UFCA, para colocação 
na estufa e secagem. Após a secagem, pesou-se as amostras e calculou-se o teor 
de umidade. 
 
3.2.3 Levantamento de danos causados às edificações do local 
 
Com objetivo de compreender o mecanismo das patologias das residências próximas 
ao local das coletas das amostras de solo, em Santana do Cariri, associado às estações 
climáticas, aplicou-se um questionário junto aos moradores. Esse questionário foi composto 
por duas partes: primeiramente uma entrevista preliminar, para obter informações sobre o 
morador e histórico da edificação, e após este um checklist de verificação de patologias 
existentes no local, composto por 10 itens. Somado a este questionário, realizou-se registro 
fotográfico de todas as patologias observadas. Este questionário foi aplicado em 21 casas do 
conjunto habitacional, que possui 40 casas em sua totalidade. O formulário aplicado encontra-
se no Apêndice A. 
 
3.3 Investigação de laboratório 
 
3.3.1 Materiais 
 
Os materiais avaliados foram o solo expansivo de Santana do Cariri e o resíduo da 
pedra calcária proveniente de Nova Olinda. O solo expansivo foi estudado na condição 
indeformada e compactada. Além disso, foram estudadas misturas compostas nas seguintes 
proporções em massa de sólidos: 80% de resíduo com 20% de solo, 60% de resíduo com 40% 
de solo e por fim 40% de resíduo com 60% de solo, como descrito no Quadro 4. 
 
 
 
62 
 
 
Quadro 4 – Nomenclatura das misturas 
Nomenclatura Descrição 
SS Solo argiloso de Santana do Cariri 
40%LP+60%S 40% Resíduo de Pedra Cariri e 60% Solo de Santana 
60%LP+40%S 60% Resíduo de Pedra Cariri e 40% Solo de Santana 
80%LP+20%S 80% Resíduo de Pedra Cariri e 20% Solo de Santana 
LP Resíduo de Pedra (Limestone Powder) 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Primeiramente as amostras amolgadas foram expostas a secagem, após esse período 
o solo argiloso começou a ser destorroado até atingir a quantidade necessária para realizar as 
misturas. A quantidade de material a ser utilizado nas misturas foi calculado considerando o 
peso necessário para cada ensaio a ser realizado. Desta forma estimou-se que 30 kg de 
material seriam suficientes. Assim, chegou à quantidade necessária de solo destorroado e de 
resíduo de pedra. 
O destorroamento do solo foi um processo demorado, pois o solo argiloso seco é 
muito rígido e difícil de realizar esse procedimento. Após esta etapa, com o resíduo de pedra 
devidamente seco, realizou-se as misturas. Com a mistura pronta, realizava-se a preparação do 
material de acordo com a exigência de cada ensaio. 
 
3.3.2 Caracterização física 
 
As análises granulométricas foram realizadas de acordo com os procedimentos 
estabelecidos pela ASTM D422-63 (2014), que emprega o procedimento de peneiramento 
associado à sedimentação. Além deste, o ensaio para identificação da densidade real dos grãos 
foi realizado de acordo com norma ASTM D854-14 (2014). Os ensaios dos limites de 
Liquidez e de Plasticidade foram realizados de acordo com a norma ASTM D4318-17 (2017). 
Para a determinação dos valores dos pesos específicos aparentes secos máximos e dos teores 
de umidade ótimos, foram realizados ensaios de compactação de acordo com a norma ASTM 
D698-12 (2012) com energia normal e sem reuso de material. 
 
 
 
63 
 
 
3.3.3 Caracterização química e mineralógica 
 
As amostras analisadas foram o resíduo de Pedra Cariri e o solo argiloso, ambas 
foram passadas na peneira #200. Os ensaios foram realizados no Laboratório do Centro de 
Tecnologias do Gás e Energias Renováveis, Laboratório de Ensaios de Materiais, Natal - RN. 
As amostras foram analisadas pela técnica de Fluorescência de Raios-X utilizando o 
equipamento EDX-720 da marca Shimadzu, com limite de detecção do Na (11) ao U (92) 
(>0,001%). Para a avaliação de perda ao fogo, as amostras primeiramente foram secas em 
estufa por 24 h em temperatura de 110ºC e posteriormente foram aquecidas até 1000ºC por 60 
minutos. Para identificação das fases cristalinas das amostras, parte do material foi submetida 
à análise de Difração de Raios-X (DRX) utilizando o equipamento XRD-6000 da 
SHIMADZU. 
 
3.3.4 Caracterização mecânica 
 
3.3.4.1 Ensaio de expansão livre e tensão de expansão 
 
O ensaio de expansão livre foi realizado, de acordo com a norma ASTM D4546 
(ASTM 2014b). Cada teste foi repetido duas vezes para validar os resultados. Para o solo puro 
o ensaio foi realizado com amostra indeformada e compactada. Para os demais materiais os 
corpos de prova foram compactados. As amostras de solo foram coletadas no período chuvoso 
da região, em março, apresentando teores de umidade elevados (36,4%), desta forma as 
amostras foram submetidas à secagem parcial, ao ar livre, por um período de 30 dias, para que 
atingisse o teor de umidade próximo da estação seca da região (10% para o solo argiloso). A 
Figura 21(a) exibe a amostra no fim da secagem parcial. Após esse período os corpos de 
prova foram moldados, como mostrado na Figura 21 (b). 
Os corpos de prova compactados foram moldados com os parâmetros ótimos de 
compactação, referente à energia normal. Após moldagem, os corpos de prova foram expostos 
a secagem por um período mínimo de 7 dias, simulando a situação no campo de perda de 
umidade em período seco na região. A Figura 21 exibe o processo de secagem para a mistura 
de 40%LP+60%S (Figura 21c) e para o solo puro (Figura 21d). Da esquerda para a direita, as 
figuras apresentam o estado das amostras nos tempos de 0, 1, 15, 24 e 48 horas; após esse 
último período a amostra não apresentou alterações visíveis, sendo então moldados os corpos 
de prova em anéis de adensamento. 
64 
 
 
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 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Após a moldagem nos anéis, os corpos de prova foram inseridos na célula 
oedométrica e submetidos a uma tensão inicial de 5 kPa, como indicado por Ferreira (1995), 
para assentamento do sistema. Após a estabilização das deformações, iniciou-se a inundação 
do corpo de prova. Os corpos de prova ficaram sujeitos à inundação por um período mínimo 
de 72 horas ou até atingir a condição de estabilização das deformações. As medidas de 
65 
 
 
expansão foram feitas com intervalos de tempo regulares estabelecidos pela norma ASTM 
D4546 (ASTM 2014b). 
Posteriormente a estabilização da expansão em 5 kPa, foram inseridas cargas em 
estágios até a amostra atingir a altura inicial. O tempo de duração de cada estágio de tensão 
era tal que a deformação entre dois intervalos de tempo consecutivos (∆t/t=1) fosse inferior à 
5% da deformação total do solo ocorrida até o tempo anterior, conforme realizado por Ferreira 
(1995). Os valores das cargas foram sendo dobradas a cada estágio. Os resultados foram 
plotados em um gráfico tensão vertical versus deformação. A tensão para o qual o solo 
retorna para sua altura inicial é definida como a tensão de expansão. 
Semelhantemente foram realizados ensaios em corpos de prova inundados nas 
tensões de 60kPa e 120kPa, a fim de simular situações de obras de engenharia de pequeno e 
médio porte, aplicando esses níveis de tensão sobre o solo. Estes testes foram realizados para 
o solo puro como referência e para as misturas de 40%LP+60%S e para 60%LP+40%S. O 
Quadro5 mostra o resumo dos ensaios realizados. 
 
Quadro 5 – Resumo dos ensaios mecânicos realizados 
 
Expansão 
livre 
Tensão de 
expansão 
Expansão 
à 60 kPa 
Expansão à 
100 kPa 
Expansão à 
120 kPa 
SS 
Indeformado 
X X 
 
SS 
Compactado 
X X X 
X 
40%LP+60%S X X X X 
60%LP+40%S X X X 
 X 
80%LP+20%S X X 
 
LP X 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
66 
 
 
4 RESULTADOS 
 
4.1 Investigação de campo 
 
4.1.1 Perfil de Umidade 
 
O perfil de umidade foi medido, no dia 04 de janeiro de 2021, período de pré-estação 
das chuvas. De acordo com os dados da FUNCEME antes da data ocorreu uma chuva no dia 
18 de dezembro de 2020, de 37 mm, e outra no dia 21 do mesmo mês de 20 mm. Os 
moradores locais relataram a ocorrência de algumas chuvas brandas. Então o perfil representa 
o início do período chuvoso. Com a perfuração a trado percebeu-se que a camada de solo 
argiloso só persiste até a profundidade de 1,1 m. O perfil de umidade obtido é mostrado na 
Figura 22. 
Figura 22 – Perfil de umidade 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
4.1.2 Investigação de patologias nas edificações 
 
Com o formulário de avaliação, na primeira etapa, a parte de entrevistas, obteve-se as 
seguintes informações: 
• O conjunto habitacional foi construído há cerca de 8 anos; 
67 
 
 
• O tipo de fundação foi rasa, os moradores não souberam informar mais 
detalhes sobre a construção das edificações; 
• Sobre a localização do conjunto fossa e sumidouro não souberam informar; 
• O solo argiloso persiste a profundidade de cerca de 1,5m; 
• O solo no período chuvoso fica muito pegajoso e adere as superfícies, enquanto 
no período seco surgem fendas. 
As principais informações obtidas através do checklist de avaliação de patologias 
foram resumidas no Quadro 7, presente no Apêndice B. Todas as casas apresentaram 
patologias. Quanto ao tratamento das patologias, em 80,95% das edificações foram realizadas 
algum tipo de tratamento, e dentre estas em todos os casos as patologias reapareceram com o 
tempo. Em todas as edificações observou-se presença de fissuras ou trincas na alvenaria, em 
71,43% das residências observou-se avarias no piso, e por fim em 52,38% das casas 
encontravam-se esquadrias soltas ou desalinhadas. Algumas destas patologias encontradas são 
exibidas no Apêndice B, através de registros fotográficos. 
 
4.2 Investigação de laboratório 
 
4.2.1 Caracterização Física 
 
A Figura 23 mostra as curvas granulométricas dos materiais estudados, com e sem 
defloculante. O hexametafosfato de sódio provocou desagregação das partículas, aumentando 
a porcentagem de partículas finas. Este comportamento pode ser observado mais 
acentuadamente no solo expansivo, houve uma redução da porcentagem de areia e silte, e um 
aumento na quantidade de argila. O mesmo comportamento correu nas misturas e no resíduo, 
porém com menos intensidade. 
 
68 
 
 
Figura 23 – Curvas Granulométricas 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
A Tabela 16 mostra a distribuição granulométrica, os limites de Atterberg, atividade 
da fração argila, massa específica dos grãos e classificação do solo pelo Unified Soil 
Classification System (USCS). Considerando a curva obtida com o defloculante, o SS 
apresenta alta porcentagem de argila (66,2%), LL de 85% e IP de 50%, classificando-se como 
argila de alta plasticidade (CH). O resíduo apresenta apenas 30,9% de material passante na 
peneira #200, com predominância de material de granulação grosseira, encontrando-se na 
classificação intermediaria entre areia silto-argilosa (SC-SM). Quanto à distribuição das 
misturas, com o aumento da porcentagem de resíduo observa-se a diminuição da quantidade 
de argila, o aumento da areia e do pedregulho. Desta forma, a curva granulométrica se 
aproxima do aspecto da curva do resíduo puro. As misturas de 40%LP+60%S e 
60%LP+40%S apresentam a mesma classificação, CH. Já a mistura de 80LP+20S, classifica-
se como uma areia argilosa(SC), aproximando-se mais da classificação do resíduo. Além 
disso, o solo e as misturas apresentaram baixa atividade da fração argila. 
 
 
69 
 
 
Tabela 16 - Distribuição granulométrica dos grãos, os limites de consistência, atividade da 
fração argila, massa especifica dos grãos e classificação do solo. 
 
Material 
Distribuição (%) 
Limites de 
consistência Atividade 
Massa 
especifica 
dos grãos Classificação 
Pedregulho Areia Silte Argila LL LP IP IP/Argila(%) (g/cm³) USCS 
SS 0 10 23,8 66,2 85 35 50 0,75 2,748 CH 
40%LP+60%S 15,4 23,1 24,4 37,1 52 25 27 0,73 2,735 CH 
60%LP+40%S 19,5 28,5 25 27 40 22 18 0,67 2,729 CH 
80%LP+20%S 29,7 31,4 23,9 15 29 18 11 0,73 2,692 SC 
LP 32,7 38,7 24,4 4,2 20 16 4 0,95 2,675 SC-SM 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Destaca-se que o ensaio de granulometria e os de limites de consistência foram 
realizados duas vezes para verificação dos valores. De imediato, a baixa atividade soa 
incomum para uma argila de comportamento expansivo, porém na classificação de Van der 
Merwe (1964), observa-se a previsão de “muito alto” potencial de expansão para argilas com 
baixa atividade de Skemptom, no entanto com alto percentual de material argiloso. Conforme 
acontece com o material argiloso de Santana do Cariri, mostrado na Figura 24. 
 
Figura 24 – Carta de Van der Merwe (1964) com classificação do solo argiloso de 
Santana do Cariri. 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
70 
 
 
A Figura 25 mostra a redução do limite de liquidez e do índice de plasticidade com o 
aumento da porcentagem de resíduo de pedra calcária na mistura. Estudos anteriores também 
apontaram uma redução nos valores de LL e IP de acordo com o acréscimo de estabilizante 
como nas pesquisas de Mahedi, Cetin e White (2020); Çokça (2001); Ahmed, Hassan e Lotfi 
(2019); Thyagaraj, Rao, Suresh e Salini (2012); Ogila (2021); Sakr, Omar, Saad e Moayedi 
(2021). Para a mistura de 40%LP+60%Soil, a redução do LP foi maior do que a redução do 
LL, e para as demais misturas a redução foi semelhante. 
Em relação aos limites de Atterberg, Holtz and Gibbs (1956) demostraram que o 
índice de plasticidade e o limite de liquidez são importantes para prever as características de 
expansão de um solo. Posteriormente Seed, Woodward, and Lundgren (1962) ressaltaram que 
o índice de plasticidade pode ser usado como um indicador preliminar do potencial de 
expansão da maioria das argilas. Após estes trabalhos, Daksanamurthy and Raman (1973) e 
Chen (1975) relataram o limite de liquidez como importante indício para a capacidade de 
expansão de um solo. 
 
Figura 25 – Redução dos limites de consistência 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
O limite de liquidez está fortemente relacionado com a capacidade de troca catiônica 
(CTC) e a porcentagem de argila presente no solo (Smith, Hadas, and Koyumdjisky 1985; 
71 
 
 
Erzin and Gunes 2013). Observa-se que com o acréscimo de resíduo ocorre uma redução da 
porcentagem de argila presente no solo, consequentemente diminuindo o LL e a CTC. A 
redução da CTC é um fator impactante para o mecanismo de expansão do solo, pois quanto 
menor a CTC menor a capacidade de expansão do solo (Mitchell and Soga 2005; Mishra, 
Ohtsubo, Li and Higashi 2011; Chen 1975). 
Portanto, com o aumento de resíduo espera-se uma redução do potencial de expansão 
da mistura. De acordo com as classificações de Seed, Woodward and Lundgren (1962), Van 
der Merwe (1964), Daksanamurthy and Raman (1973) e Chen (1975) o solo expansivo 
analisado enquadra-se como potencial de expansão “muito alto”. A mistura 40%LP+60%S 
reduz a potencialidade para o nível “alto”, enquanto 60%LP+40%S encontra-se na 
classificação “média”, e por fim 80%LP+20%S classifica-se como “médio” para Seed et al. 
(1962) e como “baixo” potencial para os demais,conforme mostrado no Quadro 6. 
 
Quadro 6 - Resumo de classificações do grau de expansão avaliando-se pelos limites de 
consistência. 
Classificação do grau de expansão de um solo 
Sample 
Seed et al. 
(1962) 
Van der Merwe 
(1964) 
Daksanamurthy and 
Raman (1973) 
Chen 
(1975) 
SS Muito Alto Muito Alto Muito Alto Muito Alto 
40%LP+60%S Alto Alto Alto Alto 
60%LP+40%S Médio Médio Médio Médio 
80%LP+20%S Médio Baixo Baixo Baixo 
LP Baixo Baixo Baixo Baixo 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Estes resultados são compatíveis com os estudos de Ogila (2016), também utilizando 
resíduo de pedra calcária como estabilizante; Kumar e Janewoo (2016), fazendo uso do 
estabilizante de solo natural RBI grade 81 e cement kiln dust; Ahmed, Hassan e Lotfi (2019), 
empregando o resíduo de pedra calcária dolomítica; e Sivrikaya, Kıyıldı e Karaca (2013), 
utilizando mármore calcítico, mármore dolomítico e granito. 
A Figura 26 exibe as curvas dos ensaios de compactação e as linhas de saturação 
para 80, 90 e 100%. O solo apresenta uma curva típica de solos argilosos, achatada e mais 
aberta, com peso específico seco máximo baixo (13,3 kN/m³) e o teor de umidade ótimo 
(32,5%). Com o aumento da porcentagem de resíduo nas misturas há um acréscimo na peso 
específico seco máximo e uma diminuição no teor de umidade ótimo. Essa variação ocorre 
devido à redução significativa na porcentagem de argila no solo e o aumento na porcentagem 
72 
 
 
de areia e pedregulho, pois quanto melhor a graduação do solo maior a densidade seca 
máxima. Além disso, para solos argilosos a densidade seca máxima tende a aumentar quando 
a plasticidade diminui (Holtz and Kovacs 1981), a plasticidade da mistura diminui com o 
acréscimo de resíduo, contribuindo para a resposta do aumento do peso especifico seco 
máximo. 
Em relação à diminuição do teor de umidade ótima, ressalta-se que a capacidade do 
solo reter água está ligada à área superficial especifica (ASE), esta por sua vez, tem relação 
direta com a textura do solo (principalmente a fração argila), pois quanto menor forem as 
partículas de uma dada massa de solo, mais superfícies estão expostas e maior será a ASE. 
Desta forma, com a diminuição da fração argila, há uma diminuição na ASE, e 
consequentemente uma diminuição na capacidade de retenção de água (MULAZZANI E 
GUBIANI, 2016). 
Figura 26 – Curvas de compactação 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
 A curva do resíduo mostra uma peso especifico seco máximo (19,9 kN/m³) e baixo 
teor de umidade ótimo (10,3%), uma curva típica de solo arenoso com pedregulhos. Pode-se 
73 
 
 
verificar que os ramos úmidos das curvas são aproximadamente paralelos às linhas 
correspondentes ao grau de saturação de 100%, de acordo com o esperado. A Tabela 17 
apresenta os resultados do ensaio de compactação, teor de umidade ótimo, peso especifico 
seco máximo, índice de vazios e grau de saturação dos pontos de pico. 
 
Tabela 17 – Teor de umidade ótimo, densidade seca máxima, índice de vazios e grau de 
saturação. 
Material 
Teor de umidade 
ótimo (%) 
 
Peso 
especifico 
seco máximo 
(kN/m³) 
e S 
 
SS 32,5 
 
13,3 1,02 87,51 
40%LP+60%S 24 15,5 0,73 89,79 
60%LP+40%S 20 16,7 0,61 90,17 
80%LP+20%S 16 17,9 0,48 89,90 
LP 10,3 19,9 0,32 84,97 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
4.2.2 Caracterização Química e Mineralógica 
 
4.2.2.1 FRX – Fluorescência de Raios – X 
 
O resultado da análise química semiquantitativa em porcentagem de peso em óxido 
das amostras analisadas e o percentual de Perda ao Fogo são apresentados na Tabela 18 e na 
Tabela 19, da amostra do resíduo de Pedra Cariri e do solo argiloso, respectivamente. 
 
Tabela 18 -Resultado da análise química da amostra de resíduo de Pedra Cariri. 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
74 
 
 
Tabela 19 - Resultado da análise química da amostra de solo argiloso de Santana do Cariri. 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
O resíduo de Pedra Cariri apresentou predominância de óxido de cálcio (CaO) 
53,84%, como esperado, e 41,22% de perda ao fogo. Esta perda é devida à decomposição do 
carbonato de cálcio (CaCO3). 
O solo argiloso apresentou predominância de óxido de silício (SiO2) 48,94%, com 
quantidades consideraveis de óxido de aluminio e óxido de ferro. Apresentou 8,01% de perda 
ao fogo. 
 
4.2.2.2DRX - Difração de Raios - X 
 
A Figura 27 apresenta o difratograma de raios X do resíduo, no qual se verifica a fase 
cristalina correspondente à calcita. Enquanto o difratograma de raios X do solo é mostrado na 
Figura 28. As fases cristalinas identificadas foram Quartzo, Montmorilonita e Magnetita. A 
montmorilonita é o argilomineral que concede o comportamento expansivo para o solo. 
Devido a origem geológica deste solo e ao resultado do ensaio de FRX, pode-se afirmar que o 
argilomineral presente trata-se de uma montmorilonita cálcica. 
 
( (
75 
 
 
Figura 27 – Difratograma do resíduo de Pedra Cariri 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Figura 28 – Difratograma do Solo Argiloso 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
4.2.3 Caracterização mecânica 
 
Quanto ao ensaio de expansão livre, a Figura 29 mostra as curvas. Os testes foram 
repetidos duas vezes para cada tipo de amostra, por isso as curvas aparecem em pares. As 
curvas das duas repetições foram semelhantes, promovendo confiabilidade aos resultados. A 
76 
 
 
amostra do solo indeformado apresentou uma expansão de 39,2%, enquadrando-se como 
“Muito alto grau de expansão”, segundo Seed et al. (1962), enquanto a amostra de solo 
compactada apresentou 35,5% de expansão, também enquadrando-se como “muito alto grau 
de expansão”. 
Com isso, o tratamento por compactação do solo puro não foi suficiente para reduzir 
o potencial de expansão para níveis aceitáveis, continuando na mesma classe de grau de 
expansão. Quanto ao resíduo, não apresentou expansão. Já a mistura de 40%LP+60%S 
apresentou uma expansão de 14,7%, isso representa uma redução de 62,5% em relação à 
expansão da amostra indeformada, e classifica-se como alto grau de expansão. Enquanto a 
mistura de 60%LP+40%S obteve uma expansão de 8,3% e redução de 78,9%, porém continua 
com alto grau de expansividade segundo Seed et al. (1962). A mistura de 80%LP+20%S 
apresentou uma expansão 3,7% e redução de 90,6% em relação a expansão da amostra 
indeformada, porém esta é praticamente uma substituição do solo. 
 
Figura 29 – Curvas de expansão livre 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
A Figura 30 exibe as curvas do ensaio de tensão de expansão. O solo indeformado 
demonstrou uma tensão de expansão média de 1722,5 kPa, e a amostra compactada de solo 
puro apresentou tensão de 1274,0 kPa, resultando em uma redução de 26,04% pelo efeito da 
compactação, redução mais relevante do que a ocorrida na expansão livre, 2,8 vezes maior. 
Quanto às misturas observou-se que a redução da tensão de expansão foi bem mais 
77 
 
 
significativa do que a redução de expansão livre. As misturas de 40%, 60% e 80% de resíduo 
apresentaram reduções, respectivamente, de 83,7%, 96,4% e 98,2%, apresentando tensões de 
expansão de: 279,8 kPa, 62,1kPa e 31,6kPa, respectivamente. A mistura 60%LP+40%S reduz 
a tensão de expansão para 62,07 kPa; este nível de tensão se assemelha a tensão de trabalho 
de uma edificação de pequeno porte sobre sapatas isoladas. Considerando esses resultados, 
constata-se que entre a concentração de 80% de resíduo e 60% há, apenas, 1,76% de diferença 
na redução da tensão de expansão do solo. 
 
Figura 30 – Curvas de tensão de expansão 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
A Tabela 20 exibe um resumo dos valores obtidos nos ensaios e as porcentagens de 
redução para cada mistura analisada. Observa-se que a tensão de expansão diminui 
significativamente com o aumento da porcentagem de resíduo, ocorrendo o mesmo para a 
expansão livre, porém com menosintensidade. Ao comparar as misturas 40%LP+60%S e 
60%LP+40%S, constata-se uma diferença de 16,4% na redução da expansão livre e 12,65% 
na redução da tensão de expansão. 
 
 
78 
 
 
Tabela 20 – Dados de expansão livre e tensão de expansão 
 Material 
Teor de 
umidade 
inicial 
(%) 
Expansão 
Livre 
(%) 
Média de 
expansão 
Livre 
(%) 
Redução na 
expansão 
livre (%) 
Tensão de 
expansão 
(kPa) 
Média de 
tensão de 
expansão 
(kPa) 
Redução na 
tensão de 
expansão 
(%) 
SS 
indeformado 
1 9,98 39,2 
39,1 
_____ 1717,1 1722,5 _____ 
2 9,57 39,1 
 1727,8 
SS compactado 
1 11,04 35,5 
35,5 
9,3 1204,1 1274,0 26,0 
2 10,75 35,5 
 1344,0 
40%LP+ 60% 
S 
1 7,37 14,8 
14,7 
62,5 285,3 279,8 83,8 
2 7,01 14,6 
 274,3 
60%LP+ 40% 
S 
1 5,61 8,5 
8,3 
78,9 63,5 62,1 96,4 
2 5,52 8,1 
 60,7 
80%LP+ 20% 
S 
1 3,45 3,9 
3,7 
90,6 28,7 31,6 98,2 
2 3,25 3,5 
 34,5 
LP 
1 1,35 0,4 
0,5 
98,8 _____ _____ _____ 
2 1,28 0,5 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Ao avaliar essas misturas com uma tensão de inundação de 60kPa, a mistura 
40%LP+60%S apresentou em média uma expansão de 2,81% e a mistura 60%LP+40%S 
apenas 1,63% de expansão, enquanto o solo compactado apresentou 8,8%, como mostrado na 
Figura 31. Utilizando-se de uma tensão de inundação de 120 kPa, o solo compactado 
expandiu 5,6% e não houve expansão para a mistura de 60% de resíduo, enquanto a mistura 
de 40% apresentou 2,27% de expansão para uma tensão de inundação de 100 kPa conforme 
mostrado na Figura 32. Considerando esses resultados, nota-se que a mistura de 60% de 
resíduo sob a tensão de uma obra em torno de 62 kPa poderá apresentar estabilidade à 
expansão. A mistura de 40% de resíduo poderá tornar estável à expansão uma obra com 
tensões de trabalho em torno de 280 kPa. Logo, a quantidade de resíduo necessária para a 
estabilização do solo, depende da tensão a qual o solo estará submetido. 
79 
 
 
Figura 31 – Curvas de expansão com inundação à 60 kPa 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
Figura 32 – Curvas de expansão com inundação à 100 e 120 kPa 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
80 
 
 
A redução obtida para as misturas de 40% a 80% de resíduo variou de 62,5% a 
90,6%, para a expansão livre e de 83,8% a 98,2% em relação à tensão de expansão, conforme 
exibido na Figura 33. Em seu trabalho, Ogila (2016) utilizou misturas de resíduo de pedra 
calcária variando de 10% a 30%, e obteve reduções variando de 22,3% a 82,9% em relação a 
expansão livre e ainda 10,29 a 70,73% de redução em relação a tensão de expansão. Ao 
comparar os resultados, observa-se que as misturas de 30%, referente ao trabalho de Ogila 
(2016), e a mistura de 40%LP+60%S apresentam resultados similares, sendo a mistura de 
40% de resíduo mais eficiente em relação a redução da tensão de expansão. Os autores 
Ahmed, Hassan e Lotfi (2019) utilizaram misturas com resíduo de pedra calcária dolomítica, 
com as porcentagens de 12%, 24% e 48%, obtendo reduções variando de 8% a 29%. Ao 
comparar estas duas pesquisas, as misturas deste trabalho apresentaram reduções maiores. 
No que diz respeito ao teor de resíduo de pedra ideal, Sivrikaya, Kıyıldı e Karaca 
(2013) sugerem a utilização de 30% de resíduo na mistura e Sakr et al. (2021) indica 40% de 
resíduo como a melhor porcentagem a serem utilizadas. 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. 
 
Figura 33 – Gráfico de redução de expansão livre e tensão de expansão 
 
 Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
81 
 
 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
Esta pesquisa buscou avaliar uma solução sustentável, eficiente e minimizando os 
custos para dois problemas recorrentes no Cariri Cearense: acúmulo de resíduos sólidos 
provenientes do beneficiamento de rochas ornamentais e os solos expansivos. Analisou-se o 
efeito do resíduo de pedra calcária na redução do potencial de expansão do solo. Os resultados 
obtidos nesta investigação são resumidos nos tópicos seguintes: 
• O solo apresenta alta porcentagem de argila (66,2%) e classifica-se como CH. Com o 
aumento da porcentagem de resíduo observa-se a diminuição da quantidade de argila, 
o aumento da areia e do pedregulho. 
• O limite de liquidez, limite de plasticidade e o índice de plasticidade reduzem com o 
aumento da porcentagem de resíduo de pedra calcária na mistura. 
• O solo expansivo apresenta peso específico seco máximo 13,3kN/m³ e o teor de 
umidade ótimo 32,5%. Com o aumento da porcentagem de resíduo nas misturas há um 
acréscimo no peso específico seco máximo e uma diminuição no teor de umidade 
ótimo. O resíduo apresenta peso específico seco máximo 19,9 kN/m³ e teor de 
umidade ótimo 10,3%. 
• O resíduo de Pedra Cariri apresentou predominância de óxido de cálcio (CaO) 53,84% 
e 41,22% de perda de fogo. O solo argiloso apresentou predominância de óxido de 
silício (SiO2) 48,94%, com quantidades consideráveis de óxido de alumínio e óxido 
de ferro. Apresentou 8,01% de perda de fogo. 
• O DRX do resíduo exibe a fase cristalina correspondente à calcita. Enquanto o DRX 
do solo as fases cristalinas identificadas foram Quartzo, Montmorilonita e Magnetita. 
• 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%. 
• Nota-se que a mistura 60%LP+40%S sob a tensão de 62 kPa, o solo fica estável à 
expansão. A mistura 40%LP+40%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. 
82 
 
 
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. Destaca-se que na região 
da área de estudo, os materiais utilizados se localizam próximos, refletindo nos baixos custos 
e contribuindo com a viabilidade econômica para utilização, pois as distancias de transporte 
de material são mínimas e o resíduo é disponibilizado de forma gratuita. 
Com o intuito de preencher lacunas não respondidas sobre esta temática, sugere-se a 
realização das seguintes pesquisas: 
• Avaliar a viabilidade econômica do uso do resíduo de pedra calcária como 
estabilizante para argilas expansivas na região do Cariri; 
• Investigar alternativas econômicas para reforço de fundação em edificações já 
construídas em solo expansivo; 
• Estimar a influência da sucção na argila expansiva de Santana do Cariri e nas 
misturas com o resíduo de Pedra Cariri; 
• Analisar a utilização associada da Cal e do resíduo de Pedra Cariri como 
estabilizante; 
• Averiguar a viabilidade econômica da utilização da Cal associada ao resíduo de 
Pedra Cariri como estabilizante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
83 
 
 
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https://journals.co.za/doi/10.10520/AJA10212019_21190
92 
 
 
APÊNDICE A – FORMULÁRIO DE VERIFICAÇÃO DE DANOS 
 
Entrevista preliminar 
Nome: 
Endereço: 
É proprietario? 
Há quanto tempo vive na casa? 
há quanto tempo a casa foi construida? 
Quem construiu? 
Lembra como foi a fundação? Qual a profundidade? Chegou ao lajão? Usou ferro? Pedra e 
nata de cimento? 
Tem pilares e vigas? 
Tem ou já teve alguma trinca ou fissura? 
Se sim, foi realizado algum tratamento? Como foi? As fissuras apareceram novamente? 
A casa é colada com a vizinha? 
Observa umidade nas paredes em algum local? 
Como é no período de chuva? Observa algum aparecimento de fissura? alguma 
movimentação visível ? 
O solo fica muito encharcado no período chuvoso? 
No período seco observa aparecimento de rachaduras? 
Possui calçada ao redor da casa? 
Como é a fossa? Distancia da fossa para a alvenaria? 
Realizou algum tipo de reforma? Se sim, como foi? 
Apresentou algum vazamento de água? 
93 
 
 
Observações adicionais: 
 
Verificação de patologias 
Item Anomalias (S) (N) NSP Local Observação 
1 
Trincas/rachaduras em fachadas/paredes 
 
2 
Desprendimento de revestimento de 
fachadas/paredes 
 
3 
Desprendimento de revestimento de tetos 
e forros 
 
4 
Trincas/rachaduras em pisos 
 
5 
Desprendimento/levantamento dos pisos 
 
6 
Escoamento do esgoto próximo a 
edificação 
 
7 
Infiltrações 
 
8 
Umidade nas paredes 
 
9 
Empenamento de portas 
 
10 
Empenamento de Janelas 
 
 
 
 
 
 
94 
 
 
APÊNDICE B – REGISTRO DAS PATOLOGIAS NAS EDIFICAÇÕES VISITADAS 
 
Quadro 7 – Resumo das principais informações obtidas com o checklist de avaliação de 
patologias. 
Identificação 
Apresenta 
patologias 
Realizou 
tratamento 
Reaparecimento 
de patologias 
Fissuras 
e Trincas 
na 
alvenaria 
Avarias no piso 
(levantamento, 
trincas, 
desprendimento) 
Esquadrias 
soltas, 
desalinhadas 
CASA 01 SIM NÃO N/A SIM SIM SIM 
CASA 02 SIM SIM SIM SIM SIM SIM 
CASA 03 SIM SIM SIM SIM NÃO SIM 
CASA 04 SIM SIM SIM SIM NÃO SIM 
CASA 05 SIM SIM SIM SIM SIM SIM 
CASA 06 SIM NÃO N/A SIM SIM NÃO 
CASA 07 SIM SIM SIM SIM SIM NÃO 
CASA 08 SIM NÃO N/A SIM SIM NÃO 
CASA 09 SIM SIM SIM SIM NÃO NÃO 
CASA 10 SIM SIM SIM SIM NÃO NÃO 
CASA 11 SIM SIM SIM SIM SIM SIM 
CASA 12 SIM SIM SIM SIM SIM NÃO 
CASA 13 SIM SIM SIM SIM SIM NÃO 
CASA 14 SIM SIM SIM SIM NÃO NÃO 
CASA 15 SIM SIM SIM SIM SIM SIM 
CASA 16 SIM SIM SIM SIM NÃO NÃO 
CASA 17 SIM SIM SIM SIM SIM SIM 
CASA 18 SIM SIM SIM SIM SIM SIM 
CASA 19 SIM SIM SIM SIM SIM SIM 
CASA 20 SIM NÃO N/A SIM SIM NÃO 
CASA 21 SIM SIM SIM SIM SIM SIM 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
95 
 
 
Figura 34 – Trincas e fissuras nas alvenarias das edificações 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
96 
 
 
Figura 35 – Trincas e fissuras nas edificações 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
97 
 
 
Figura 36 – Avarias nos pisos das edificações 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
 
 
98 
 
 
Figura 37 – Avarias em geral nas edificações 
 
Fonte: Elaborado pela autora (2021). 
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