INFLUENCIA DA ANISOTROPIA SOBRE A CON DUTIVIDADE HIDRAULICA DE SOLO ARENOSO LATERITICO DO LITORAL SUL DORIO GRANDE DO SUL

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Influência da Anisotropia Sobre a Condutividade Hidráulica de 
Solo Arenoso Laterítico do Litoral Sul do Rio Grande do Sul 
Misturado à Bentonita Sódica 
 
Christopher Fonseca da Silva 
Escola de Engenharia de São Carlos - USP, São Carlos, Brasil, christopherfonseca@sc.usp.br 
 
Edmundo Rogério Esquivel 
Escola de Engenharia de São Carlos - USP, São Carlos, Brasil, esquivel@sc.usp.br 
 
RESUMO: Solos caracterizados como anisotrópicos podem agregar fatores de risco em obras de 
proteção ambiental. A desatenção de certos aspectos vinculados ao comportamento dos materiais 
empregados como proteção pode comprometer uma das principais atribuições dada às barreiras 
minerais de aterros sanitários, trazendo riscos à integridade da obra e, consequentemente, à 
população e ao meio ambiente. O trabalho propõe avaliar a influência da adição de bentonita sódica 
e da anisotropia induzida no comportamento hidráulico de um solo arenoso de comportamento 
laterítico da região costeira sul do estado do Rio Grande do Sul, denominado ARMAR, buscando 
verificar a eficácia do aditivo frente a diferentes modalidades de compactação. Para isso, amostras 
moldadas em orientações defasadas 90º em relação à vertical foram submetidas a ensaios de 
determinação da condutividade hidráulica, em permeâmetro de parede flexível à carga constante. A 
técnica permitiu analisar o comportamento hidráulico dos espécimes na condição de fluxo normal e 
paralelo à orientação preferencial dos planos de compactação. Os resultados indicam que a adição 
de bentonita no teor de 4% confere diminuição da condutividade hidráulica do solo pesquisado em 
ambas as modalidades de compactação, habilitando seu emprego em revestimentos minerais de 
aterros sanitários. Constata-se, também, que a compactação atribui comportamento anisotrópico ao 
solo arenoso estudado, visto significativa redução de sua condutividade hidráulica. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Solo-Bentonita, Condutividade Hidráulica, Anisotropia. 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Materiais que apresentam variabilidade em suas 
propriedades em diferentes direções são 
reconhecidos como anisotrópicos. A anisotropia 
nas propriedades dos solos, de modo geral, pode 
ser atribuída à variabilidade espacial da 
configuração do arranjo entre partículas e dos 
vazios intersticiais. Vários são os agentes que 
deflagram comportamento anisotrópico ao solo, 
dentre os quais se destacam: consolidação 
anisotrópica, tensões de cisalhamento, direção 
de transporte de partículas, métodos de 
compactação e compactação em camadas 
(Mitchell e Soga, 2005). 
 Quando compactados dinamicamente, os 
solos experimentam um rearranjo estrutural por 
meio da reordenação de suas partículas e poros 
intersticiais. Suas propriedades mecânicas e 
hidráulicas são fortemente afetadas frente à 
condição de anisotropia induzida. Quanto à 
condutividade hidráulica, esta tende a aumentar 
no sentido paralelo aos planos preferenciais de 
compactação, cuja orientação das partículas e 
vazios intersticiais favorece o fluxo através do 
solo. 
 A presença de solos sujeitos a alterações 
comportamentais em direções distintas pode 
desencadear uma série de efeitos adversos em 
obras de proteção ambiental, como é o caso das 
barreiras minerais impermeáveis, as quais 
constituem elementos projetados para reduzir o 
transporte de poluentes produzidos pela 
biodegradação e lixiviação dos resíduos 
aterrados até o subsolo e aquíferos subjacentes. 
Geralmente são compostas por camadas de solo 
compactado com condutividade hidráulica 
inferior a 10
-9
 m/s (Mitchell et al., 1965; 
Lambe, 1958). 
 Camadas de solo compactado estão sujeitas a 
desenvolverem fluxo acentuado segundo uma 
direção de orientação preferencial de partículas 
e poros. Este fluxo geralmente ocorre na 
direção horizontal, onde prevalecem 
descontinuidades nas interfaces entre camadas 
compactadas e alinhamentos das partículas e 
poros perpendicularmente à direção dos 
esforços de compactação, que são verticais. O 
fluxo horizontal somado à heterogeneidade 
vertical e espacial das camadas de solo 
compactado, em razão da presença de 
imperfeições (fissuras e juntas) e de materiais 
(pedregulhos, raízes, conchas, etc.), condiciona 
uma drenagem mais rápida que eleva a 
condutividade hidráulica média e reduz uma das 
principais atribuições dada às barreiras 
impermeáveis. 
 Materiais alternativos hábeis à construção de 
sistemas de impermeabilização em estruturas de 
contenção de resíduos têm sido amplamente 
investigados em suas propriedades hidráulicas. 
Misturas de solo com bentonita sódica retratam 
este cenário. Esta técnica pode ser aplicada em 
locais de implantação de aterros sanitários 
deficientes em solos com baixa condutividade 
hidráulica. Estudos dirigidos à análise do 
comportamento anisotrópico destes materiais 
ainda têm sido pouco explorados. Por esta 
razão, o presente trabalho busca contribuir para 
o avanço no conhecimento dos efeitos da 
anisotropia sobre as propriedades hidráulicas de 
amostras compactadas de solo-bentonita, de 
forma a fomentar soluções ambientalmente 
adequadas em projetos de barreiras minerais em 
áreas de disposição de resíduos. 
 Dentro desse contexto, o objetivo principal 
deste trabalho é investigar o efeito da adição de 
bentonita sódica e da anisotropia induzida sobre 
o comportamento hidráulico de um solo arenoso 
laterítico da região costeira sul do estado do Rio 
Grande do Sul. Para isso, é determinada a 
condutividade hidráulica, em permeâmetro de 
parede flexível à carga constante, alternando-se 
a orientação dos planos de compactação 
segundo as direções normal e paralela ao eixo 
longitudinal do corpo de prova. 
 
 
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). 
 
 
Figura 3. Perfil típico de Argissolo Vermelho-Amarelo 
presente na jazida estudada – solo ARMAR. 
 
 A bentonita utilizada na pesquisa foi abentonita 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 produzido e fornecido pela empresa 
Bentonit União Nordeste Ltda. 
 
 
4 MÉTODOS DE PESQUISA 
 
Para o desenvolvimento da pesquisa, foram 
avaliados 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 a energia do 
Proctor normal. Os ensaios de determinação da 
condutividade hidráulica foram conduzidos 
incorporando aspectos vinculados à anisotropia. 
Para isso, se utilizaram corpos de prova (CPs) 
moldados em cilindro miniatura e extraídos a 
partir de amostras compactadas em cilindro 
Proctor, em uma direção defasada 90º em 
relação ao eixo longitudinal do CP matriz. A 
técnica permitiu analisar o comportamento 
hidráulico dos espécimes na condição de fluxo 
normal e paralelo à orientação dos planos de 
compactação. As propriedades índice dos 
materiais também foram analisadas. 
 
4.1 Caracterização Geotécnica 
 
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 a energia do 
Proctor normal (NBR 7182/86). 
 
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 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. 
 
 
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). 
 
4.2.1 Preparação dos Corpos de Prova 
 
Os CPs, utilizados nos ensaios de determinação 
da condutividade hidráulica, foram compactados 
dinamicamente na energia do Proctor normal. 
Suas dimensões eram de aproximadamente 5 cm 
de diâmetro e 10 cm de altura, atendendo a 
relação altura-diâmetro de 2,0 a 2,5 estabelecida 
pela norma ASTM D4767-11. A umidade, a 
massa e as dimensões dos espécimes ensaiados 
foram controladas, de forma a atingir um grau 
de compactação superior a 95%. 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. 
 Os CPs empregados nos ensaios de 
determinação da condutividade hidráulica 
foram moldados em orientações distintas, 
defasadas 90º em relação à vertical (Fig. 5). 
Este método permitiu analisar o comportamento 
hidráulico dos espécimes na condição de fluxo 
normal e paralelo à orientação preferencial dos 
planos de compactação (Fig. 6). 
 A moldagem dos CPs analisados na condição 
de fluxo normal à orientação dos planos de 
compactação foi realizada em cilindro miniatura 
(Mini-Proctor). Os CPs sujeitos ao fluxo 
paralelo aos planos de compactação foram 
extraídos a partir de amostras compactados em 
cilindro Proctor, numa orientação defasada 90º 
em relação à vertical (Fig. 5). Após a retirada, 
estes CPs foram talhados segundo as dimensões 
supracitadas. 
 
 
 
Figura 5. Moldagem dos CPs segundo orientações 0º e 90º. 
 
 
 
 
Figura 6. Esquema indicando a direção do fluxo em 
relação à orientação dos planos de compactação. 
 
4.2.2 Ensaio de Determinação do Coeficiente 
de Condutividade Hidráulica 
 
Após a moldagem dos CPs, foi então 
estabelecida a fase de saturação, a qual consiste 
na 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 
etapa 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. 7 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. 
 ARMAR Mistura 
Teor de umidade ótima (%) 12,5 14,0 
Massa específica seca máxima (g/cm3) 1,850 1,805 
 
Figura 7. Curvas de compactação dos materiais referentes 
à energia do Proctor normal. 
 
 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, foram realizados 
três ensaios de determinação da condutividade 
hidráulica, considerando o fluxo nas direções 
normal e paralela à orientação dos planos 
preferenciais de compactação. Os valores médios, 
referidos à água na temperatura de 20°C (k20), 
são apresentados na Tab. 2. 
 
Tabela 2. Condutividade hidráulica média dos CPs em 
função da orientação de seus planos de compactação. 
 
Fluxo normal à 
orientação dos planos 
Fluxo paralelo à 
orientação dos planos 
 ARMAR Mistura ARMAR Mistura 
k20 
(m/s) 
4,3.10
-9
 2,2.10
-10
 3,1.10
-7
 2,7.10
-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 caráter expansivo do aditivo sobre o 
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
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
Mistura
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 inferiores a 10
-9
 m/s. 
 Quanto ao comportamento anisotrópico, 
observa-se suscetibilidade do solo ARMAR 
frente à modalidade de compactação, 
respaldando num aumento de sua condutividade 
hidráulica em quase duas ordens de grandeza, 
passando de 4,3.10
-9
 m/s para 3,1.10
-7
 m/s. 
Vincula-se este comportamento ao rearranjo 
estrutural do solo frente esforços dinâmicos 
promovidos pela compactação. Estas cargas 
levam o solo a experimentar uma orientação 
preferencial de suas partículas e poros 
intersticiais, numa direção perpendicular aos 
esforços de compactação. Como consequência, 
ocorre maior flexibilidade quanto à passagem 
de fluxo de água através do CP, influenciando 
diretamente a condutividade hidráulica do 
mesmo. Para a mistura de solo com 4% de 
bentonita sódica, sujeita ao fluxo paralelo aos 
planos de compactação, os resultados fogem a 
esta tendência, mostrando não só a influência 
do caráter expansivo do aditivo em ambas as 
direções de fluxo, mas também sua eficácia 
quanto ao atributo de impermeabilização. 
 
5.3 Caracterização Geotécnica 
 
A Fig. 8 e a Tab. 3 exibem, respectivamente, as 
curvas granulométricas e a caracterização 
geotécnica do solo ARMAR e da mistura com 
4% de aditivo. 
 
 
Figura 8. Curvas granulométricas do solo e da mistura. 
Tabela 3. Caracterização geotécnica dos solos estudados. 
Propriedades índice ARMAR Mistura 
assa específica dos sólidos (g/cm3) 2,634 2,659 
Areia grossa (%) 10 8 
Areia média (%) 55 54 
Areia fina (%) 7 8 
Silte (%) 5 6 
Argila (%) 23 24 
Limite de liquidez (%) 28 33 
Limite de plasticidade (%) 14 16 
Índice de plasticidade (%) 14 17 
Índice de atividade de Skempton 0,61 0,71 
Classificação Unificada (SUCS) SC SC 
 
 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 ser maior que a 
do solo natural. 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. 
 
 
6 CONCLUSÕES 
 
Este trabalho propôs avaliar a influência da 
adição de 4% de bentonita sódica e da 
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
anisotropia induzida sobre o comportamento 
hidráulico de um solo arenoso de comportamento 
laterítico do litoral sul do Rio Grande do Sul, 
buscando não só habilitá-lo para emprego em 
obras de proteção ambiental, mas também 
verificar sua eficácia quando misturado ao 
aditivo, frente à solicitação hidráulica em 
planos de compactação distintos. 
 Com o escopo de atingir tais objetivos, 
foram realizados ensaios de compactação, 
empregando-se a energia do Proctor normal, e 
de determinação da condutividade hidráulica do 
solo e da mistura, utilizando amostras moldadas 
em orientações defasadas 90º em relação à 
vertical. 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 em ambas as modalidades de compactação, 
possibilitando o seu emprego para aplicação 
prevista. Além disso, verificou-se que a 
compactação confere comportamento 
anisotrópico ao solo ARMAR, visto significativa 
redução de sua condutividade hidráulica quando 
submetido ao fluxo paralelo ao plano 
preferencial de compactação. Por fim, a partir 
da caracterização geotécnica, foi possível 
concluir que o acréscimo de 4% de aditivo não 
proporciona mudanças significativas nas 
propriedades índice convencionais do solo 
arenoso estudado. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Os autores da pesquisa agradecem 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 e a CAPES pelo apoio financeiro. 
 
 
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