AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO HIDRAULICO E FISICO QUIMICO DE MISTURA SOLO BENTONITA PARA USO COMO BARREIRA SELANTE

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Avaliação do Comportamento Hidráulico e Físico-Químico de 
Mistura Solo-Bentonita para Uso como Barreira Selante 
 
Christopher Fonseca da Silva 
Escola de Engenharia de São Carlos - USP, São Carlos, Brasil, christopherfonseca@sc.usp.br 
 
Cezar Augusto Burkert Bastos 
Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil, cezarbastos@furg.br 
 
Edmundo Rogério Esquivel 
Escola de Engenharia de São Carlos - USP, São Carlos, Brasil, esquivel@sc.usp.br 
 
RESUMO: A utilização de mistura solo-bentonita compactada é conhecida por ser uma alternativa 
técnica e ambientalmente viável à construção de barreiras selantes em aterros sanitários, cujo intuito 
principal é o de assegurar proteção contínua do subsolo e aquíferos subjacentes contra a infiltração 
de contaminantes. O trabalho propõe avaliar a influência da adição de bentonita sódica sobre as 
propriedades índice, químicas e hidráulicas de um solo arenoso de comportamento laterítico da 
região costeira sul do estado do Rio Grande do Sul, denominado ARMAR, buscando uma 
alternativa de viabilizar seu emprego em obras de proteção ambiental. Para isso, são apresentados 
os resultados de avaliação da condutividade hidráulica, a partir de ensaios em permeâmetro de 
parede flexível à carga constante em amostras compactadas nas energias do Proctor normal e 
intermediário. São apresentadas, também, as caracterizações geotécnica e química dos materiais. Os 
resultados indicam que a adição de bentonita no teor de 4% habilita o emprego do solo estudado em 
revestimentos minerais de aterros sanitários. Constata-se, também, que o incremento na energia de 
compactação não assegura redução significativa na condutividade hidráulica dos materiais em estudo. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Aterro Sanitário, Barreira Selante, Solo-Bentonita, Condutividade Hidráulica. 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Questões voltadas ao gerenciamento adequado 
de resíduos sólidos urbanos (RSU) constituem 
aspectos fundamentais associados à minoração 
de riscos ambientais e à saúde pública. No 
Brasil, abordagens acerca deste tema têm 
ganhado importância frente à administração 
pública, se materializando nas recentes 
legislações, com destaque para a Política Nacional 
de Saneamento Básico (Lei n° 11.445/07) e 
para a Política Nacional de Resíduos Sólidos 
(Lei n° 12.305/10), as quais se utilizam de 
instrumentos legais para orientar os municípios 
a cumprirem com os objetivos do gerenciamento 
integrado de seus resíduos. 
 Atualmente, os aterros sanitários constituem 
uma das técnicas mais seguras para a disposição 
final e confinamento dos RSU. Sua implantação 
e operação devem conferir máximo controle de 
emissão de poluentes capazes de degradar as 
águas superficiais e subterrâneas, o solo e o ar. 
No entanto, a falta de critérios técnicos somada 
à desatenção de certos aspectos vinculados ao 
comportamento dos materiais empregados 
como proteção, podem trazer riscos à 
integridade da obra e, consequentemente, à 
população e ao meio ambiente. 
 Compete ao projeto geotécnico de aterros de 
resíduos, estabelecer métodos construtivos que 
garantam sua segurança estrutural e ambiental 
em longo prazo, considerando as características 
do resíduo a ser armazenado e os condicionantes 
do meio físico e climatológico do local de 
despejo. 
 Barreiras hidráulicas constituem elementos 
projetados para reduzir o transporte de 
poluentes produzidos pela biodegradação e 
lixiviação dos resíduos aterrados até o subsolo e 
camadas subjacentes (incluindo os aquíferos). 
 Materiais alternativos hábeis à construção de 
sistemas de impermeabilização em estruturas de 
contenção de resíduos têm sido amplamente 
investigados em suas propriedades hidráulicas e 
mecânicas. Misturas de solo com bentonita 
sódica retratam este novo cenário. Esta técnica 
pode ser aplicada em locais de implantação de 
aterros sanitários deficientes em solos com 
baixa condutividade hidráulica. 
 Um solo argiloso, para ser considerado 
adequado como barreira mineral, deve 
apresentar condutividade hidráulica inferior a 
10
-9
 m/s (Lambe, 1958; Mitchell et al., 1965). 
Além disso, deve atender às seguintes 
características (CETESB, 1993): 
 ser classificado como CL, CH, SC ou OH, 
segundo Sistema Unificado de Classificação 
de Solos (ASTM D2487-11); 
 apresentar uma porcentagem maior do que 
30% de partículas passando pela peneira de 
abertura 0,075 mm (NBR 7181/84); 
 apresentar limite de liquidez maior ou igual a 
30% (NBR 6459/84); 
 apresentar índice de plasticidade maior ou 
igual a 15%; 
 apresentar pH maior ou igual a 7. 
 Dentro desse contexto, o objetivo principal 
deste trabalho é avaliar as propriedades 
geotécnicas de um solo arenoso de 
comportamento laterítico da planície costeira 
sul do Rio Grande do Sul, no estado natural e 
misturado à bentonita sódica. Para isso, foram 
realizados ensaios para a medida da 
condutividade hidráulica em permeâmetro de 
parede flexível, utilizando amostras 
compactadas nas energias do Proctor normal e 
intermediário. Propriedades índice e químicas 
dos materiais também foram analisadas. O 
estudo busca averiguar as propriedades do solo 
melhorado as quais viabilizem tecnicamente e 
ambientalmente seu emprego na construção de 
barreiras selantes em áreas de disposição de 
resíduos. 
 
 
2 CENÁRIO DE ESTUDO 
 
O estudo de caso foi realizado no município do 
Rio Grande (RS) onde, desde 2009, temas 
relacionados a aterros sanitários têm ganhado 
importância, dada à elaboração de um projeto 
para construção de um aterro, em sistema de 
consórcio, firmado entre prefeitura e empresa 
privada. 
 Rio Grande, município onde se situa a jazida 
do solo investigado, está localizado junto à 
planície costeira sul do Rio Grande do Sul 
(Fig. 1), sobre uma faixa de terras baixas, 
arenosas e de relevo suave ondulado a plano, 
chamada de cordões litorâneos. A referida 
jazida está situada às margens da BR-392, no 
trecho Pelotas-Rio Grande, na localidade de 
Domingos Petrolini (Fig. 2). 
 
 
Figura 1. Localização do município do Rio Grande (RS). 
 
 
 
Figura 2. Localização da jazida investigada. 
 
 
3 MATERIAIS INVESTIGADOS 
 
Para a realização da pesquisa, foi utilizado um 
solo arenoso de comportamento laterítico, 
também conhecido como ARMAR, 
denominação dada pelo grupo de pesquisa 
Geotecnia – FURG numa contração do nome 
comercial da empresa mineradora que explora e 
comercializa este material para a indústria de 
fertilizantes do município do Rio Grande. Seu 
uso tem sido estendido a obras de aterro e 
rodoviárias. O solo é classificado como areno-
argiloso, encontrado no horizonte B do perfil de 
Argissolo Vermelho-Amarelo e originário da 
pedogênese atuante sobre os depósitos eólicos 
de uma das barreiras litorâneas da planície 
costeira sul do Rio Grande do Sul (Bastos et al., 
2008; Brasil, 1973) (Fig. 3). Seu comportamento 
laterítico é confirmado pela metodologia MCT, 
cuja classificação resulta em LA’ (solo arenoso 
de comportamento laterítico) (Silva et al., 2012). 
 A bentonita utilizada na pesquisa foi a 
bentonita sódica, cuja principal característica é 
baseada em sua capacidade de expansão quando 
hidratada. Em suma, este fenômeno resulta da 
absorção de vários estratos monomoleculares de 
água, promovida pela presença de cátions 
trocáveis Na
+
 entre as camadas do argilomineral. 
Esta hidratação intracristalina diminui a força 
atrativa entre as camadas estruturais de argila, 
causando sua expansão. O aditivo estudado 
atende comercialmente pelo nome Brasgel
®
, o 
qual é produzidoe fornecido pela empresa 
Bentonit União Nordeste Ltda. 
 
 
Figura 3. Perfil típico de Argissolo Vermelho-Amarelo 
presente na jazida estudada – solo ARMAR. 
 
 
4 MÉTODOS DE PESQUISA 
 
Para o desenvolvimento do estudo, foram 
determinados os parâmetros de compactação 
para o solo ARMAR, no estado puro e 
misturado a 4% de bentonita sódica, a partir de 
curvas de compactação obtidas segundo as 
energias equivalentes do Proctor normal e 
intermediário. Para ambos os materiais, 
determinaram-se a condutividade hidráulica e as 
propriedades índice e químicas. 
 
4.1 Caracterização Geotécnica e Química 
 
Para a caracterização geotécnica dos materiais, 
foram realizados ensaios de determinação da 
massa específica dos sólidos (NBR 6508/84), de 
análise granulométrica (NBR 7181/84), de 
determinação dos limites de consistência (NBR 
6459/84 e NBR 7180/84) e de determinação dos 
parâmetros de compactação para as energias do 
Proctor normal e intermediário (NBR 7182/86). 
A caracterização química foi conduzida junto 
ao Laboratório de Química do Solo da 
Universidade Federal de Pelotas. 
 
4.2 Condutividade Hidráulica 
 
A condutividade hidráulica dos materiais 
pesquisados foi obtida em permeâmetro de 
parede flexível (Fig. 4), equipamento este que 
permite determinar adequadamente a 
condutividade hidráulica de materiais com 
coeficiente inferior a 10
-6
 m/s, pois inibe a 
ocorrência de fluxo preferencial nas paredes do 
permeâmetro, assim como reduz o tempo de 
saturação da amostra, dada a possibilidade do 
emprego de contrapressão no corpo de prova 
(CP). Esta pressão de água interna é 
responsável por dissolver as bolhas de ar 
presentes nos interstícios do solo do CP, 
conduzindo à saturação do mesmo. A saturação 
é verificada por meio do parâmetro B de 
Skempton, cujo valor mínimo deve alcançar 
0,95 (ASTM D5084, 2010; Head, 1998). 
 O permeâmetro é composto por uma câmara 
triaxial, onde é posicionado o CP entre duas 
pedras porosas, envolto por uma membrana 
flexível. Após a montagem, faz-se o enchimento 
da câmara com água e aplica-se pressão 
confinante em seu interior. Ao mesmo tempo 
em que se aumenta a pressão na câmara em 
estágios, aplica-se uma pressão de água interna 
no CP, denominada contrapressão. A diferença 
entre a pressão externa e interna de água sobre o 
CP constitui a tensão efetiva durante o ensaio. 
 A umidade, a massa e as dimensões dos 
espécimes ensaiados foram controladas, de 
forma a atingir um grau de compactação 
superior a 95% (CETESB, 1993). Para obter 
plena homogeneização da umidade, as amostras 
preparadas para a moldagem dos CPs eram 
mantidas em repouso, em câmara úmida, por 
um período mínimo de 7 dias. Na sequência, 
eram submetidas à compactação. 
 
 
1. Pistão 8. Pedra porosa 
2. Válvula para saída de ar 9. Membrana flexível 
3. Câmara triaxial 10. Entrada para pressão confinante 
4. Pedestal da câmara 11. Entrada para pressão de base 
5. Linha de drenagem 12. Entrada para pressão de topo 
6. Água 13. Entrada para medida da pressão neutra 
7. O’ring 14. Transdutor de pressão 
Figura 4. Representação esquemática do permeâmetro de 
parede flexível (adaptado de Head, 1998). 
 
 A saturação dos CPs foi realizada por meio 
da aplicação de estágios de iguais incrementos 
de 50 kPa de tensão confinante e contrapressão 
na base do CP, mantendo a tensão efetiva 
constante, dada uma diferença maior para a 
tensão externa de 10 kPa. Ao final de cada 
estágio, com duração de 12 horas, era verificado 
o parâmetro B de Skempton. Considerava-se o 
CP na condição saturada quando atingido um 
valor do parâmetro B maior ou igual a 0,95. 
 Confirmada a saturação do CP, era iniciada a 
fase de determinação da condutividade 
hidráulica, cujas pressões de base e de topo 
eram ajustadas de acordo com a pressão 
confinante empregada ao final do estágio de 
saturação. O gradiente hidráulico utilizado nesta 
pesquisa foi de aproximadamente 20 (ASTM 
D5084, 2010), promovido pela diferença de 
20 kPa nas pressões entre base e topo ao longo 
dos aproximados 10 cm de altura do CP. O 
volume de água percolado era medido via 
transdutor de deslocamento acoplado a um 
variador de volume. As informações eram 
transferidas, processadas e registradas 
automaticamente em intervalos pré-programados 
a partir de um sistema de aquisição de dados 
gerenciado por software de interface. Dessa 
maneira, era possível determinar a vazão 
percolada e, através da aplicação da Lei de 
Darcy (Eq. 1), o coeficiente de condutividade 
hidráulica. 
 
i.A
Q
k = 
 (1) 
 
 Na equação acima, k é o coeficiente de 
condutividade hidráulica, Q é a vazão percolada, 
i é o gradiente hidráulico e A é a área da seção 
transversal do CP. 
 
 
5 RESULTADOS 
 
5.1 Parâmetros de Compactação 
 
A Tab. 1 e a Fig. 5 apresentam, respectivamente, 
os parâmetros e as curvas de compactação do 
solo ARMAR e da mistura deste com 4% de 
bentonita sódica. 
 
Tabela 1. Parâmetros de compactação do solo e da mistura. 
 Proctor normal 
Proctor 
intermediário 
 ARMAR Mistura ARMAR Mistura 
wót
*
(%) 12,5 14,0 11,0 12,0 
dmáx
**
(g/cm3) 1,850 1,805 1,975 1,970 
*Teor de umidade ótima; **Massa específica seca máxima. 
 
 
 
Figura 5. Curvas de compactação dos materiais segundo 
as energias do Proctor normal (PN) e intermediário (PI). 
1,55
1,60
1,65
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
2,00
6 8 10 12 14 16 18 20
M
as
sa
 e
sp
ec
íf
ic
a 
se
ca
 
(g
/c
m
³)
 
Teor de umidade (%) 
ARMAR (PN) Mistura (PN) ARMAR (PI) Mistura (PI)
 A partir dos resultados expressos, percebe-se 
que a adição de 4% de bentonita sódica 
promove um aumento no teor de umidade ótima 
do solo ARMAR. Consequência disso deriva-se 
à forte presença de cátions trocáveis Na
+
 
disponíveis no argilomineral utilizado na 
pesquisa (bentonita), os quais estimulam a 
entrada de moléculas de água entre as camadas 
de argila durante a fase de homogeneização da 
umidade da mistura. Constata-se, também, uma 
tendência de redução da massa específica seca 
máxima conforme aumento no teor de aditivo, 
devido não só à elevação da umidade ótima, 
mas também à textura do solo estudado vir se 
tornando gradualmente mais fina. 
 
5.2 Condutividade Hidráulica dos Materiais 
 
Para o solo ARMAR na condição natural e 
misturado a 4% de aditivo, compactados em 
ambas as energias de compactação supracitadas, 
foram realizados três ensaios de determinação 
da condutividade hidráulica. Os valores médios, 
referidos à água na temperatura de 20°C (k20), 
são apresentados na Tab. 2. 
 
Tabela 2. Condutividade hidráulica média dos materiais 
em função da energia de compactação. 
 Proctor normal Proctor intermediário 
 ARMAR Mistura ARMAR Mistura 
k20 (m/s) 4,3.10
-9
 2,2.10
-10
 3,4.10
-9
 2,8.10
-10
 
 
 Com base nestes resultados, verifica-se uma 
diminuição da condutividade hidráulica do solo 
quando acrescidos 4% de bentonita sódica. Este 
comportamento era esperado, visto a influência 
do comportamento expansivo do aditivo sobre o 
preenchimento dos vazios do solo quando 
submetido à hidratação. Os resultados revelam, 
também, que incorporando um teor mínimo de 
4% de bentonita sódica no solo ARMAR, é 
possível alcançar a condutividade hidráulica 
máxima exigida em projetos de barreiras 
minerais voltados a obras de contenção de 
resíduos, os quais prevêm estanqueidade do 
sistema quando empregados materiais com 
coeficientes inferioresa 10
-9
 m/s. Além disso, 
constata-se que não houve variação significativa 
na condutividade hidráulica do solo quando se 
passa a utilizar maior energia de compactação 
(Proctor normal para Proctor intermediário). 
Presume-se que o solo, enquanto submetido a 
quaisquer das energias supracitadas, consegue 
atingir um estado de densificação que o torna 
pouco suscetível ao fluxo de água. 
 
5.3 Caracterização Geotécnica e Química 
 
As Tabelas 3 e 4 apresentam, respectivamente, 
os resultados da caracterização geotécnica e 
química do solo ARMAR, da mistura e da 
bentonita sódica utilizada na pesquisa e a Fig. 6 
mostra suas curvas granulométricas. 
 
Tabela 3. Caracterização geotécnica dos solos estudados. 
Propriedades índice ARMAR Mistura Bentonita
*
 
assa específica 
dos sólidos (g/cm3) 
2,634 2,659 2,830 
Areia grossa (%) 10 8 0 
Areia média (%) 55 54 0 
Areia fina (%) 7 8 0 
Silte (%) 5 6 25 
Argila (%) 23 24 75 
Limite de 
liquidez (%) 
28 33 458 
Limite de 
plasticidade (%) 
14 16 55 
Índice de 
plasticidade (%) 
14 17 403 
Índice de atividade 
de Skempton 
0,61 0,71 5,37 
Classificação 
Unificada (SUCS) 
SC SC --- 
*Camargo (2012). 
 
Tabela 4. Caracterização química dos espécimes. 
Propriedades químicas 
(cmolc/kg) 
ARMAR Mistura Bentonita 
Cálcio 2,2 4,0 6,0 
Magnésio 2,0 3,0 5,7 
Potássio 0,2 0,2 0,3 
Sódio 0,1 2,4 57,7 
Alumínio 0,1 0,0 0,3 
pH em água 5,4 7,5 10,0 
 
Figura 6. Curva granulométrica do solo e da mistura. 
 
 Analisando os resultados de caracterização 
geotécnica apresentados, percebe-se que o 
acréscimo de 4% de bentonita não proporciona 
mudança significativa na distribuição 
granulométrica do solo ARMAR. Destaca-se a 
forte presença da fração argila junto ao solo 
arenoso, correspondendo a 23%. Isto explica, 
em parte, a baixa condutividade hidráulica 
apresentada pelo solo na condição natural. De 
acordo com a classificação atual da ABNT, 
tanto o solo quanto a mistura se enquadram 
como areia argilosa. Além disso, com a adição 
de 4% de aditivo, verifica-se um aumento 
tímido da plasticidade encontrada para o solo na 
condição natural, cujo índice aumenta de 14% 
para 17%, lhe conferindo alta plasticidade. 
Constata-se, também, que o acréscimo de 
aditivo promove um aumento da massa 
específica dos sólidos do solo, passando de 
2,634 para 2,659 g/cm³. Atribui-se este 
comportamento ao fato de a densidade das 
partículas sólidas da bentonita (2,830 g/cm³) ser 
maior que a do solo natural (2,634 g/cm³). 
Segundo classificação pelo Sistema Unificado, 
ambos os materiais classificam-se como SC 
(areia argilosa). Os argilominerais presentes, 
segundo o índice de atividade de Skempton, 
manifestam-se inativos, mesmo após o 
acréscimo de 4% de aditivo, passando de 0,61 
para 0,71 e indicando o predomínio de caulinita 
na composição mineral do solo. Além disso, os 
resultados mostram que a bentonita apresenta 
um índice de atividade coloidal típico de solos 
ativos (5,37), confirmando, assim, seu caráter 
expansivo. 
 Com base na análise química, verifica-se 
certa presença de elementos químicos trocáveis 
na composição do solo ARMAR, provenientes 
dos processos de transformação pelo 
intemperismo físico e químico. A caracterização 
química também confirma a natureza sódica do 
aditivo. Com a adição de 4% deste, o solo passa 
também a assumir caráter sódico. Segundo 
critérios adotados pela EMBRAPA (2006), o 
solo na condição natural é considerado 
moderadamente ácido. No entanto, quando 
adicionados 4% de bentonita, este passa a ser 
considerado moderadamente alcalino, visto o 
elevado pH apresentado pelo aditivo fortemente 
alcalino. 
 
5.4 Viabilização de emprego da mistura em 
barreiras selantes 
 
Solos utilizados como barreiras de proteção em 
aterros de resíduos devem apresentar 
determinadas características que assegurem a 
estanqueidade da estrutura. Desta forma, na 
Tab. 5, comparam-se as características da 
mistura solo-bentonita com os requisitos 
propostos pela Companhia de Tecnologia de 
Saneamento Ambiental (CETESB, 1993), de 
maneira a averiguar possibilidade de emprego 
do solo melhorado em barreiras minerais. 
 
Tabela 5. Comparação entre as características sugeridas 
pela CETESB e as encontradas para a mistura. 
Características Mistura 
Requisitos 
CETESB 
Classificação 
Unificada (SUCS) 
 SC 
CL, CH, SC 
ou OH 
Solo que passa pela 
peneira 0,075 mm (%) 
 30,5 > 30 
Limite de liquidez (%) 33 ≥ 30 
Índice de 
plasticidade (%) 
 17 ≥ 15 
pH 7,5 ≥ 7 
Condutividade 
hidráulica (m/s) 
PN 2,2.10
-10
 
< 1.10
-9
 
PI 2,8.10
-10
 
 
Diante dos resultados apresentados, constata-se 
que a mistura atende a todos os requisitos 
estabelecidos pela CETESB, estando, desta 
forma, apta a atuar como barreira selante em 
aterros sanitários. 
 
 
6 CONCLUSÕES 
 
Este trabalho propôs avaliar a influência da 
adição de 4% de bentonita sódica sobre as 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10
P
o
rc
en
ta
g
em
 q
u
e 
p
as
sa
 (
%
) 
Diâmetro dos grãos (mm) 
ARMAR
Mistura
propriedades físico-químicas e hidráulicas de 
um solo arenoso de comportamento laterítico do 
litoral sul do Rio Grande do Sul, buscando, 
desta forma, uma alternativa de viabilizar seu 
emprego em obras de proteção ambiental. 
 Com o escopo de atingir tais objetivos, 
primeiramente foram realizados ensaios de 
compactação, utilizando as energias do Proctor 
normal e intermediário, e de determinação da 
condutividade hidráulica do solo e da mistura. 
Constatou-se que o acréscimo de 4% de aditivo 
provoca não só um aumento no teor de umidade 
ótima e correspondente redução da massa 
específica seca máxima, mas também uma 
diminuição da condutividade hidráulica do solo, 
possibilitando o seu emprego para aplicação 
prevista. Além disso, verificou-se a baixa 
influência da aplicação de maiores energias de 
compactação sobre o comportamento hidráulico 
do solo puro e melhorado. 
 Encontrado o teor de aditivo que assegura 
um bom desempenho do solo em barreiras de 
proteção, foi então realizada a caracterização 
físico-química deste e da mistura. A partir da 
caracterização geotécnica, concluiu-se que o 
acréscimo de 4% de aditivo não proporciona 
mudanças significativas nas propriedades índice 
convencionais do solo arenoso estudado. Já a 
caracterização química mostrou que quando o 
solo é misturado a 4% de bentonita, este passa 
de moderadamente ácido à moderadamente 
alcalino, assim como passa a assumir caráter 
sódico. 
 Com base nos critérios estabelecidos pela 
CETESB, foi possível constatar que a mistura 
composta por solo ARMAR e 4% de bentonita 
sódica possui características apropriadas para a 
utilização em revestimentos minerais. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Os autores da pesquisa agradecem ao 
Laboratório de Geotecnia e Concreto da EE-
FURG e ao Departamento de Geotecnia da 
EESC-USP pela infraestrutura proporcionada, 
às empresas Areia do Mar Comércio de Aterros 
Ltda. e Bentonit União Nordeste Ltda. pelo solo 
e aditivo fornecidos, ao Laboratório de Química 
do Solo da UFPel pelas análises químicas e a 
FAPERGS e CAPES pelo apoio financeiro. 
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