DETERMINAÇÃO DE CURVA DE RETENÇÃO DE AGUA DE GEOTEXTIL NAO TECIDO UTILIZANDO ENSAIO DE COLUNA SUSPENSA

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Determinação de curva de retenção de água de geotêxtil não 
tecido utilizando ensaio de coluna suspensa. 
 
Marlon José de Lima 
Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, marlonjose72@gmail.com 
 
Ennio Marques Palmeira 
Universidade de Brasilia, Brasília, Brasil, palmeira@unb.br 
 
Jorge Gabriel Zornberg 
University of Texas at Austin, Austin-TX, EUA, zornberg@mail.utexas.edu 
 
 
RESUMO: O presente trabalho apresenta o resultado de ensaios realizados para obtenção da curva 
de retenção de água em amostras de geotêxteis não tecidos com diferentes gramaturas. A curva 
característica ou curva de retenção de água é uma forma de compreender o comportamento não 
saturado de um geomaterial, sendo a relação entre o grau de saturação, ou umidade volumétrica, e 
os valores de sucção. Os ensaios foram realizados na University of Texas at Austin, utilizado 
metodologia similar a proposta por Stormont et al. (1997), conhecida como Hanging Column Test, 
e traduzida para este trabalho como Ensaio de Coluna Suspensa. Foram ensaiadas amostras de 
geotêxteis não tecidos com gramaturas de 200 g/m²; 300 g/m² e 400 g/m². São apresentados os 
resultados de cada ensaio e uma análise comparativa entre as curvas de retenção dos três materiais, 
principalmente quanto a seu comportamento como barreira a fluxo hidráulico. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Geotêxtil, Curva de Retenção de Água, Histerese. 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 Com certa frequência geotêxteis são 
instalados em obras de terra onde irão trabalhar 
com presença ou fluxo de água. Mesmo nestes 
casos, o meio onde o geotêxtil está instalado 
pode passar longos períodos de tempo em 
regime não saturado. Desta forma é importante 
ampliar o horizonte de conhecimento sobre 
como o geotêxtil se comporta na retenção ou no 
transporte de água em um ambiente não 
saturado. 
 Uma das formas de compreender o 
comportamento não saturado de um geotêxtil é 
determinar a sua curva de retenção de água. A 
curva de retenção de água representa a relação 
entre a umidade volumétrica (ou o grau de 
saturação) e a pressão capilar (ou sucção) de um 
material poroso. Esta relação não é única e 
muda dependendo se o material está em 
processo de secagem ou de molhagem. Bouazza 
et al. (2006) afirmam que a curva característica 
do geotêxtil é de grande importância para a 
modelagem do fluxo transiente de água em 
obras de terra que contenham geotêxteis em 
condições não saturadas. A curva característica 
do geotêxtil pode ser definida como sua 
capacidade de armazenamento ou alterações da 
quantidade de água em seus poros, quando 
sujeito a variação dos valores de sucção. 
 Para obtenção da curva característica é 
necessário submeter o material ensaiado a uma 
trajetória de secagem e de molhagem. A 
primeira é obtida aplicando sucção 
gradativamente a uma amostra inicialmente 
saturada, a fim de observar o comportamento do 
material quando da perda de água por 
drenagem. A trajetória de secagem segue o 
caminho oposto, estando o material com 
umidade volumétrica residual é reduzida 
gradativamente a sucção imposta no sistema até 
que o valor de sucção chegue a zero, sendo 
medido o valor de água absorvido pela amostra. 
 Os ensaios apresentados neste artigo fazem 
parte de um trabalho de pesquisa mais amplo 
onde o escopo é a utilização de geotêxteis não 
tecidos como elemento de barreiras 
evapotranspirativas, para cobertura final de 
áreas de armazenamento de resíduos sólidos. 
 
 
2 DETERMINAÇÃO DA CURVA 
CARACTERÍSTICA EM GEOSSINTÉTICOS 
 
 A curva de retenção de água para um meio 
poroso consiste em duas partes: a curva, ou 
trajetória, de molhagem e a curva, ou trajetória, 
de secagem (Bouazza et al., 2006). A curva de 
secagem, obtida pela drenagem da amostra, 
inicia com a amostra totalmente saturada, 
quando a sucção é próxima de zero. 
 Dependendo da natureza do material, uma 
franja capilar pode ser inicialmente detectada, 
quando a umidade permanece constante com o 
aumento da sucção. Em determinado ponto da 
trajetória de secagem, o material começa a 
drenar água e o ar entra nos poros externos de 
maior diâmetro, o valor da sucção neste ponto 
da trajetória correspondente ao valor entrada de 
ar (aev). A partir deste ponto, a umidade 
decresce rapidamente com o aumento da sucção 
até um valor que permanece aproximadamente 
constante com o aumento da sucção. 
 Estes baixo valor de umidade é referido 
como umidade residual. A condição residual 
ocorre porque a água se torna oclusa (ou 
desconectada) dentro dos poros do material, 
sem caminhos disponíveis para o fluxo de água. 
 Stormont et al. (1997) demonstram que 
ocorre histerese na curva característica entre as 
trajetórias de secagem e o de molhagem. 
Segundo estes autores, a umidade de alguns 
tipos de geotêxteis não tecidos não diminui 
durante a parte inicial do ramo de secagem da 
curva característica, indicando que, uma vez 
saturado, alguns geotêxteis podem permanecer 
saturados com valores pequenos de sucção. 
 Zornberg et al., 2010 ao discorrer sobre a 
curva de retenção de água, afirmam que 
materiais granulares (areia e geotêxtil) 
apresentam uma resposta altamente não-linear, 
com um significante decréscimo na umidade 
(ou grau de saturação) dentro de um intervalo 
relativamente estreito de mudança de sucção. 
 Solos finos mostram, ao contrário, um 
decréscimo mais gradual na umidade com o 
aumento da sucção. A não linearidade 
observada nestas relações é causada 
parcialmente pela variedade na distribuição de 
poros nestes materiais. Durante a secagem 
inicial de um geomaterial completamente 
saturado, a pressão negativa na água aumenta, 
mas a água não flui para fora do material até 
que o valor de sucção correspondente ao valor 
de entrada de ar seja alcançado. Quando este 
valor é alcançado, ar entra na espécie e a 
umidade (ou grau de saturação) decresce. 
 Outro parâmetro obtido pela curva de 
retenção de água é o valor de entrada de água. O 
valor de entrada de água, wev, correspondente 
ao valor de sucção, medido na trajetória de 
molhagem, em que a água começa a ser 
absorvida na estrutura do geotêxtil, uma vez 
este geotêxtil esteja completamente seco ou 
com um grau de saturação residual. A partir do 
valor de entrada de água, o material permite que 
o ar saia de seus poros, sendo preenchidos por 
água em quantidade crescente, de acordo com o 
valor da umidade do meio onde está inserido, 
podendo ser estabelecido fluxo de água através 
do geotêxtil. 
 Zornberg et al. 2010 afirmam que a curva de 
retenção de água pode mostrar significante 
diferença entre as trajetórias de secagem e 
molhagem, em um fenômeno conhecido com 
histerese. Durante a secagem, os poros de 
tamanho maior drenam primeiro, seguidos dos 
poros menores. Durante a molhagem, os poros 
pequenos enchem primeiro, mas a presença de 
poros maiores pode impedir alguns dos poros 
menores de serem preenchidos. 
 
 
3 MATERIAIS E METODOLOGIA 
 
3.1 Geossintéticos usados nos ensaios. 
 
 Para este estudo foram utilizados geotêxteis 
não tecidos, agulhados e de fibra de poliéster. 
Foram utilizados três tipos de geotêxteis, com 
diferentes gramaturas, com 200 g/m², 300 g/m² 
e 400 g/m². 
 Os geotêxteis não tecidos já estavam 
disponíveis no laboratório de geotecnia da 
Universidade de Brasília, e foram utilizados em 
estudos anteriores como Gardoni (1995) e 
Gardoni (2000). Para fins de ilustração os 
geotêxteis receberam a nomenclatura G1, G2 e 
G3 de acordo com a gramatura. A Tabela 1 
apresenta as principais característicasdos 
geotêxteis utilizados. Os valores de df (diâmetro 
da fibra de poliéster) e Ksat (condutividade 
hidráulica saturada) foram retirados de Gardoni 
(2010) e Gardoni (1995), respectivamente. 
 
 
Tabela 1 - Características físicas dos geotêxteis não 
tecidos utilizados (retirados de Gardoni (1995) e Gardoni 
(2000)). 
Nomenclatura Gramatura 
(g/m²) 
df 
(mm) 
Ksat 
(m/s) 
G1 200 0,027 0,4 
G2 300 0,027 0,4 
G3 400 0,027 0,4 
 
3.2 Equipamento para o Teste de Coluna 
Suspensa. 
 
 Para a determinação da curva característica 
dos geotêxteis não tecidos foi utilizado o ensaio 
de coluna suspensa ou Hanging Column Test, 
semelhante ao proposto por Stormont et 
al.,1997, que consiste em um reservatório de 
água em posição fixa e uma câmara onde é 
instalada a amostra de geotêxtil. 
 A câmara onde é instalada a amostra é 
composta por um funil de Büchner, com uma 
pedra porosa sobre a qual a amostra é instalada. 
O sistema é conectado por tubos totalmente 
preenchidos por água, garantindo a 
continuidade hidráulica entre o líquido do 
reservatório e a pedra porosa do funil de 
Büchner, que permanece saturada durante todo 
o ensaio. 
 As amostras de geotêxtil utilizadas no ensaio 
tinham diâmetro médio de 5,5 cm e eram 
instaladas em um funil de Bunchner com, 
aproximadamente, 6 cm de diâmetro. A amostra 
ficava em contato direto com a pedra porosa do 
funil de Bunchner que era mantida saturada 
durante todo o ensaio. 
 A diferença de altura (h) entre a superfície da 
água do reservatório e a face superior da pedra 
porosa do funil de Büchner, sobre o qual está 
colocada a amostra do geotêxtil representa o 
valor da sucção aplicada. Quando a amostra está 
na mesma linha horizontal do nível de água do 
reservatório de água, a sucção é zero, porque 
não há diferença de potencial entre os dois 
pontos. 
 A estrutura na qual a câmara foi instalada 
permitia impor uma sucção máxima de cerca de 
3,5 kPa (aproximadamente 35 cm) o suficiente 
para drenar completamente uma amostra 
saturada de geotêxtil e obter o ramo de secagem 
da curva de retenção de água. A Figura 1 
apresenta uma visão geral do equipamento 
montado no laboratório de geotecnia da 
University of Texas at Austin. 
 
 
 
Figura 1 - Equipamento de coluna suspensa utilizado para 
medição da curva característica de geotêxteis. 
 
 Para manter o contato da amostra com a 
superfície da pedra porosa era colocado sobre a 
amostra um conjunto com massa de 133 g, 
composta por um contrapeso circular em metal 
e uma tela circular plástica colocada entre o 
contrapeso e a amostra de geotêxtil. 
 A Figura 2 traz em detalhe o arranjo da 
câmara onde é instalado o geotêxtil. O valor de 
entrada da pedra porosa do funil de Büchner era 
suficientemente alto para que não houvesse 
alteração de seu estado saturado bem superior à 
sucção máxima que o sistema consegue impor, 
de forma que não há entrada de ar na pedra 
porosa. 
 O sistema de contrapeso que mantém o 
geotêxtil em contato pleno com a pedra porosa 
contribui com uma pressão estimada em 0,55 
kPa (549 N/m²). 
 
 
Figura 2 - Detalhe da câmara do ensaio de coluna 
suspensa onde é instalada a amostra ensaiada. 
 
 
 Foram realizados ensaios obtendo a curva de 
retenção de água completa, com trajetórias de 
secagem e molhagem. A umidade volumétrica é 
calculada por pesagem da amostra em balança 
de precisão, após cada estágio de mudança de 
sucção, relacionando a massa de água presente 
com o volume do geotêxtil. O grau de saturação 
depende da umidade volumétrica e da 
porosidade do geotêxtil. 
 
 
4 RESULTADOS 
 
4.1 Geotêxtil não tecido com gramatura de 
200 g/m² 
 
 A Figura 3 apresenta o resultado do ensaio 
de coluna suspensa para o geotêxtil não tecido 
com gramatura de 200 g/m². A amostra foi 
ensaiada inicialmente com grau de saturação 
acima de 93% e a trajetória de secagem foi 
obtida impondo gradualmente valores maiores 
de sucção, elevando a câmara onde estava a 
amostra de geotêxtil. 
 A cada acréscimo de sucção era aguardado 
um período entre 24 e 48 horas para que o 
sistema alcançasse o equilíbrio. No fim de cada 
estágio a massa da amostra de geotêxtil era 
pesada em balança de alta precisão para cálculo 
do grau de saturação naquele valor de sucção. 
 
 
Figura 3 - Curva de retenção de água para geotêxtil não 
tecido com gramatura de 200 g/m², considerando a 
saturação da amostra. 
 
 Observa-se que para os primeiros estágios de 
sucção já há alguma redução da umidade 
volumétrica, porém a curva de secagem fica 
mais inclinada a partir de 0,3 kPa. Utilizando 
procedimento semelhante ao apresentado por 
Bouazza et al., (2006) podemos estimar 
graficamente os valores de sucção referenciais 
na análise do comportamento hidráulico do 
material quando utilizado o ensaio de coluna 
suspensa, a saber, os valores de entrada de ar e 
valor de entrada de água. 
 Para se determinar o valor de entrada de ar 
traçamos retas dando continuidade ao trecho 
inicial da curva de secagem, ao trecho da curva 
de secagem com maior inclinação. O encontro 
do prolongamento destas duas retas dará o valor 
de sucção correspondente ao valor de entrada de 
ar Ψaev . 
 As retas prolongadas estão destacadas em 
vermelho, e o ponto de intersecção das retas em 
relação ao eixo das abscissas é apresentado 
como uma linha pontilhada. 
 Pelo método gráfico podemos estimar o 
valor de entrada de ar Ψaev da amostra de 
geotêxtil não tecido de gramatura 200 g/m² em 
cerca de 0,95 kPa. Considerando a forma da 
curva de molhagem temos que o valor de 
entrada de água Ψwev é de aproximadamente 0,1 
kPa, ou seja, o material só absorve água em 
valores de sucção muito próximos de zero. 
 O comportamento apresentado pelas 
trajetórias de secagem e molhagem, podemos 
inferir que, submetido a ciclos de saturação e 
dessaturação, o geotêxtil mantém suas 
características hidrofóbicas. 
 
4.2 Geotêxtil não tecido com gramatura de 
300 g/m² 
 
 A Figura 4 apresenta a curva de retenção de 
água, obtida pelo ensaio de coluna suspensa, 
para o geotêxtil com gramatura de 300 g/m², o 
gráfico coloca a sucção em função do grau de 
saturação. A amostra começa a ser ensaiada em 
um grau de saturação de 100%, com a amostra 
saturada. A curva de secagem é obtida 
aumentando gradativamente os valores de 
sucção a qual a amostra está submetida. 
 Utilizando o método gráfico, a exemplo de 
Bouazza et al. (2006) encontramos um valor de 
entrada de ar Ψaev igual a 0,8 kPa para o 
geotêxtil com gramatura de 300 g/m². 
 
 
Figura 4 - Curva de retenção de água para geotêxtil não 
tecido com gramatura de 300 g/m², considerando a 
saturação da amostra. 
 
 A trajetória de molhagem do geotêxtil de 300 
g/m² apresenta um valor de entrada de água 
Ψwev em torno de 0,2 kPa, indicando o 
comportamento hidrofóbico do material. 
 Na trajetória de molhagem a água só começa 
a entrar no material em valores de sucção 
próximo de zero quando o solo acima do 
geotêxtil não esteja no limite da saturação, o 
material se comporta como uma barreira à 
passagem da água Ψaev. 
 
4.3 Geotêxtil não tecido com gramatura de 
400 g/m² 
 
 A Figura 5 apresenta a curva de retenção de 
água do geotêxtil não tecido com gramatura de 
400 g/m², com a sucção em função da saturação 
da amostra. O ensaio inicia com a amostra 
saturada a 100 %. 
 Não foi possível definir um estágio inicial 
onde a mudança da sucção não resultasse em 
alteração da umidade volumétrica,porém 
observa-se que a drenagem da amostra aumenta 
quando sistema alcança a sucção equivalente ao 
valor de entrada de ar. 
 
 
Figura 5 - Curva de retenção de água para geotêxtil não 
tecido com gramatura de 400 g/m², considerando a 
saturação da amostra. 
 
 Aplicando o método gráfico, tem o que o 
valor de entrada de ar da amostra Ψaev fica em 
1,3 kPa, a partir deste ponto temos uma maior 
saída de ar para pequenos acréscimos de sucção. 
A amostra foi drenada durante o teste até um 
valor residual de umidade. Este valor residual 
foi obtido por volta de 3,3 kPa. 
 Na determinação da curva de secagem, temos 
poucos pontos medidos nesta parte da trajetória, 
isto ocorreu devido ao tempo necessário para a 
execução do ensaio, cerca de 24 dias. Os 
últimos estágios de sucção do ensaio, referente 
a curva de secagem, foram obtidos nas vésperas 
do prazo final para o encerramento do período 
de testes na University of Texas at Austin. 
 Considerando o valor de umidade 
volumétrica obtido na sucção igual a zero, e as 
características hidrofóbicas da amostra de 
geotêxtil não tecido, podemos estimar o valor 
de entrada de água Ψwev em torno de 0,2 kPa. 
 Este comportamento parece indicar que o 
geotêxtil com gramatura de 400 g/m² tem maior 
capacidade de retenção de água, por dispor de 
maior volume de poros para manter a umidade 
volumétrica, sendo um material mais espesso 
que os demais, com espessura estimada em 4 
mm. 
 
4.4 Comparativo entre os três geotêxteis 
ensaiados. 
 
 A Figura 6 traz um comparativo entre as 
curvas de retenção de água dos três geotêxteis 
ensaiados considerando apenas a trajetória de 
secagem, relacionando os valores de sucção 
com os valores do grau de saturação. 
 
 
Figura 6 – Comparativo entre as curvas de retenção de 
água das amostras ensaiadas. 
 
 O comportamento das trajetórias de secagem 
para os três geotêxteis ensaiados, mostra que os 
valores iniciais das curvas de secagem, bem 
como os valores próximos da saturação residual 
apresentam comportamento semelhante. 
 A drenagem inicial dos três geotêxteis 
demonstra uma movimentação gradual da água 
saindo da amostra, com o aumento do valor da 
sucção, esta velocidade de drenagem aumenta 
após o valor de sucção correspondente a entrada 
de ar. O geotêxtil com gramatura de 400 g/m² 
apresenta valores de saturação maior, em 
relação aos demais, nos mesmos estágios de 
sucção, indicando sua maior capacidade de 
armazenar e reter água. 
 Analisando a parte final da trajetória de 
secagem observamos que o geotêxtil de maior 
gramatura, 400 g/m² exige um maior valor de 
sucção para alcançar a saturação residual, isto 
significa que é necessário aplicar uma sucção 
maior para retirar a água dos poros do geotêxtil, 
possivelmente por dispor de uma maior 
quantidade de poros para armazenamento de 
água, devido a seu maior volume. 
 Considerando a parte central das trajetórias 
de secagem, compreendido entre o valor de 
entrada de ar Ψaev e os valores de grau de 
saturação residual, observamos que, à medida 
que o geotêxtil apresenta maior gramatura tem 
uma maior umidade volumétrica para o mesmo 
valor de sucção, indicando que o material tem 
maior capacidade de retenção de água. 
 
 
4 CONCLUSÕES 
 
 Pelos resultados obtidos podemos concluir 
que a metodologia proposta por Stormont et al. 
(1997), utilizando o equipamento da University 
of Texas at Austin, se mostrou adequada para a 
obtenção das curvas de retenção de água nos 
geotêxteis não tecidos utilizados na pesquisa. 
 A determinação da curva de retenção de água 
é uma informação importante para se 
compreender o comportamento hidráulico de 
um geotêxtil, principalmente quando irá 
trabalhar em um ambiente não saturado, mas 
sujeito a variações de fluxo e umidade, como no 
caso de barreiras evapotranspirativas. 
 O comportamento apresentado pelos 
diferentes materiais ensaiados demonstrou que 
os três geotêxteis têm comportamento 
hidrofóbico, com valor de entrada de água 
próximo da sucção zero. 
 Os três materiais apresentaram grande 
histerese entre as trajetórias de molhagem e de 
secagem, indicando que o geotêxtil consegue 
passar de uma situação de saturação para uma 
situação de umidade residual com pequena 
variação da sucção. E ainda que o 
comportamento hidráulico do material seja 
altamente dependende da trajetória de fluxo, se 
de molhagem ou de secagem. 
 A alta histerese do material parece indicar 
que o seu comportamento hidráulico pode se 
manter inalterado após vários ciclos de 
molhagem e secagem, sendo o material 
adequado para ser utilizado em estruturas 
evapotranspirativas como barreiras capilares. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento 
Científico e Tecnológico-CNPq pelo apoio 
financeiro durante a realização do doutorado. À 
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de 
Nível Superior-CAPES pelo apoio financeiro a 
realização do estágio de doutoramento 
sanduíche no exterior. À University of Texas at 
Austin – UT Austin pelo apoio técnico e 
orientação no uso de suas instalações. À 
Universidade de Brasília-UnB pelo apoio 
durante a realização do doutorado. 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
Bouazza, A., Zornberg, J.G., MCCartney, J.S. & 
Nahlawy, H. (2006) Significance of unsaturated 
behaviour of geotextiles in earthen structures. 
Australian Geomechanics, Vol. 41, p. 133-141. 
Gardoni, M.G., (1995). Avaliação da Aplicabilidade de 
Ensaios de Laboratório e Critérios de Filtros para 
Utilização de Geotêxteis em Solos do Distrito 
Federal, Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-
Graduação em Geotecnia, Departamento de 
Engenharia Civil, Universidade de Brasília, 177 p. 
Gardoni, M.G., (2000). Estudo do comportamento dreno 
filtrante de geossintéticos sob compressão, Tese de 
Doutorado, Programa de Pós-Graduação em 
Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil, 
Universidade de Brasília, 313 p. 
Stormont, J., Henry, K. & Evans, T. (1997). Water 
retention functions of four nonwoven polypropylene 
geotextiles. G.I. 4 (6): 661-672. 
Zornberg, J.G., Bouazza, A., and McCartney, J.S. (2010). 
“Geosynthetic Capillary Barriers: Current State of 
Knowledge.” Geosynthetics International, Vol. 17, 
No. 5, p. 273-300.