2) Tese de Silvio Romero

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
 
COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA 
 
 
 
 
 
COLAPSO E EXPANSÃO DE SOLOS 
 
NATURAIS NÃO SATURADOS 
 
DEVIDOS À INUNDAÇÃO 
 
 
 
 TESE DE DOUTORADO 
 
 
 
 
 
AUTOR: SILVIO ROMERO DE MELO FERREIRA 
ORIENTADOR: WILLY ALVARENGA LACERDA 
 
 
 
 
 
RIO DE JANEIRO, MARÇO 1995 
 
 COLAPSO E EXPANSÃO DE SOLOS NATURAIS NÃO SATURADOS 
 DEVIDOS À INUNDAÇÃO 
 
 Silvio Romero de Melo Ferreira 
 
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE 
PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE 
JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO 
GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA. 
 
Aprovada por: 
 
 _______________________________________________ 
 Prof. Willy Alvarenga Lacerda, Ph.D. 
 (Presidente) 
 
 _______________________________________________ 
 Prof. Claudio Fernando Mahler, D.Sc. 
 
 _______________________________________________ 
 Prof. Erundino Pousada Presa, D.Sc. 
 
 _______________________________________________ 
 Prof. José Fernando Thomé Jucá, D.Sc. 
 
 _______________________________________________ 
 Prof. Milton Vargas, Professor Catedrático 
 
 _______________________________________________ 
 Prof. Paulo Teixeira da Cruz, D.SC 
 
 
 
 RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL 
 MARÇO DE 1995 
 
 
i 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 FERREIRA, SILVIO ROMERO DE MELO 
 Colapso e expansão em solos naturais 
 não saturados devidos à inundação. 
 [Rio de Janeiro] 1995 
 VI, 379 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, D.Sc., 
 Engenharia Civil,1995) 
 Tese - Universidade Federal do Rio de 
 Janeiro, COPPE 
 1. Colapso e expansão em solos naturais, 
 I. COPPE/UFRJ II. Título (série) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ii 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A minha esposa SONIA e aos 
 meus filhos RENATO e REBECA 
 dedico este trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
iii 
AGRADECIMENTOS 
 
A meu Deus, por ter realizado sinais e maravilhas, por ter agido 
com mão poderosa, com braço estendido e com grande espanto. 
 
À minha esposa Sonia pelo seu espírito de sacrifício e 
compreensão com que participou de todo o desenvolvimento deste 
trabalho, a minha sincera gratidão pelo seu amor. Aos meus filhos 
Renato e Rebeca que estimularam e participaram com amor deste 
trabalho, meu agradecimento com muito carinho e admiração. 
 
Ao Prof. Willy Alvarenga Lacerda, pelo constante interesse, por 
suas valiosas sugestões, pelas críticas e preciosa orientação. 
 
Ao Prof. José Fernando Thomé Jucá, pelo constante interesse e 
incentivo a este trabalho. E também por conceder os desenhos 
técnicos das diversas peças que compõem a célula edométrica de 
sucção controlada, que foram fornecidas pelo Dr. Ventura Escario, 
em 1989, do laboratório de geotecnia (CEDEX) na Espanha. 
 
Ao Prof. Mauro Carneiro dos Santos pelo seu interesse e dedicação 
em identificar, analisar e descrever a micromorfologia dos solos. 
E ao Químico Briavaldo G. de Almeida pela cuidadosa preparação 
das lâminas delgadas. 
 
Ao Prof. José M. Justino. da Silva pelo apoio na montagem do 
Laboratório de Sucção UFPE. Ao Prof. Wasghinton M. de Amorim Jr. 
pelas sugestões na construção do equipamento expansocolapsômetro 
e aos Profs. Amaro H. P. Lins e Jaime de A. Gusmão Filho pelas 
sugestões dadas no desenvolvimento da tese. 
 
À Profª Maria da Graças de V. X. Ferreira pelo seu interesse, 
disposição em ajudar e pela participação na descrição 
mineralógica das frações silte e argila dos solos. 
 
Ao Prof. Hugo S. Villarroel Léo, do Centro de Tecnologia da UFPE, 
pela realização da difratometria de raio-X. E ao técnico Sidrach 
 
 
iv 
J. Camilo de Melo pela preparação das lâminas para análise de 
raio - X. 
 
Ao Prof. Francisco R. Lopes pelo cálculo do diagrama de 
distribuição de tensão sob uma placa circular rígida em 
profundidade. 
 
À Profª Mirtes Costa Feitosa do Departamento de Geologia da 
UFPE pela identificação mineralógica da fração grossa dos solos. 
 
À Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA/SNLCS), na 
pessoa do Dr. Fernando Barreto R. e Silva, pela realização dos 
ensaios químicos dos solos. 
 
Ao Laboratório de Imunopatologia Keizo Asami (LIKA), setor de 
microscopia eletrônica da Universidade Federal de Pernambuco pela 
realização da análise microestrurual em microscópio eletrônico de 
varredura. Em especial ao técnico Rafael J. R. Padilha, pela 
atenção cuidadosa, zelo e paciência durante a utilização do 
microscópio eletrônico de varredura e reprodução das 
micrografias, bem como aos técnicos Alberto P. de Almeida e 
Luciana A. Tavares. Também à Profª Isairas P. Padovan pelas 
sugestões. 
 
À Empresa de Pesquisa Agronômica do Estado de Pernambuco -IPA na 
pessoa de Dr. Hélio Buritty, pela realização das análises 
químicas dos solos. 
 
Ao Departamento de Micologia da Universidade Federal de 
Pernambuco, na pessoa das Professoras Leonor C. Maia e Maria 
Auxiliadora Cavalcanti, pelo isolamento e identificação dos 
fungos em papéis filtro. 
 
À PROJETEC - Projetos Técnicos LTDA, na pessoa do Prof. João 
Joaquim Guimarães Resena pelo apoio recebido durante os ensaios 
de campo em Petrolândia bem como, por fornecer os dados dos 
levantamentos pedológicos de algumas áreas do Projeto Apolônio 
 
 
v 
Sales. 
 
À CODEVASF, na pessoa do economista Luis Otávio de Oliveira de 
Andrade Lima, por fornecer os dados de observações meteorológicas da 
Estação Agrometeorológica - Projeto Apolônio Sales. 
 
À Prefeitura de Petrolândia pelo apoio recebido durante a 
realização dos ensaios de campo. 
 
À equipe técnica do Laboratório de Solos e Instrumentação, em 
especial Severino Costa e Antônio Brito, pela valiosa colaboração 
na fase experimental deste trabalho, bem como a João Telles, 
Everaldo Paulo e Francisco Moura. Também a Maria Isabel Carneiro 
da Silva pela datilografia de algumas tabelas. 
 
À equipe técnica do Laboratório de Mecânica dos Solos da 
COPPE/UFRJ pela convivência e colaboração durante o tempo em que 
trabalhamos juntos. Em especial ao Sr. Demétrio, por sua 
capacidade e dedicação na construção da célula edométrica de 
sucção controlada 
 
Aos companheiros de jornada, Afonso, Estella Maria, Sergio 
Ladeira, Claudia, Leidimar, João de Deus e Francisco, que com a 
sua amizade tornaram mais agradável esta jornada. 
 
Aos meus colegas professores, amigos, funcionários e bolsistas da 
Área de Mecânica dos Solos e Fundações do DES-CT/UFPE, pela 
convivência fraterna. 
 
À Universidade Federal de Pernambuco, à CAPES, ao CNPq e à FACEPE 
pelo apoio financeiro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
vi 
 
Resumo da Tese apresentada à COPPE\UFRJ como parte dos requisitos 
necessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc). 
 
 COLAPSO E EXPANSÃO DE SOLOS NATURAIS NÃO SATURADOS 
 DEVIDOS À INUNDAÇÃO 
 Silvio Romero de Melo Ferreira 
 Março de 1995 
Orientador: Prof. Willy Alvarenga Lacerda 
Programa: Engenharia Civil 
 
 O comportamento de colapso e expansão devidos à inundação em 
solos naturais não saturados é tratado neste trabalho. Solos do 
município de Petrolândia, na região semi-árida do Estado de 
Pernambuco, são analisados através de um amplo programa de 
investigações geotécnicas que incluem o desenvolvimento e construção 
de equipamentos, montagem de laboratório e realização de ensaios de 
campo e de laboratório. Utilizam-se células edométricas 
convencionais adaptadas com controle da vazão de inundação, células 
edométricas de sucção controlada e um equipamento 
expansocolapsômetro que permite medir, em campo, as deformações dos 
solos, em diferentes profundidades, submetidos a um determinado 
estado de tensão com controleda vazão de inundação. Investigam-se 
as características pedológicas, micromorfológicas e geotécnicas dos 
solos, assim como, a relação sucção-umidade e fatores que 
influenciam as deformações de colapso e expansão.Entre as 
conclusões, destaca-se que as deformações de colapso e de expansão 
devidos à inundação dependem tanto em magnitude quanto na variação 
com o tempo, do estado de tensão, da vazão de inundação e da 
interação físico-química entre o solo e o permeante. O 
expansocolapsômetro é um equipamento simples que permite realizar, 
em campo, ensaios com controle da vazão de inundação, similares aos 
edométricos de laboratório, apresentando resultados de medidas de 
deformação de colapso bastante consistentes com os de laboratório. A 
pesquisa realizada contribui, sobretudo, para o conhecimento mais 
profundo do processo de colapso e expansão devidos à inundação em 
solos não saturados. 
 
 
vii 
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as partial fulfilment of 
the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.) 
 
 COLLAPSE AND EXPANSION OF NATURAL UNSATURATED SOILS 
 DUE TO WETTING 
 Silvio Romero de Melo Ferreira 
 March 1995 
Thesis Supervisor: Willy Alvarenga Lacerda 
Department: Civil Engineering 
 
This work deals with the collapse and expansion behavior in natural 
unsaturated soils due to wetting. Soils of the district of 
Petrolândia, in the semi-arid region of the State of Pernambuco - 
Brazil, are analysed. An extensive program of geotechnical 
investigation, including the development and construction of 
equipment, laboratory assembly laboratory and field tests, was 
carried out. Conventional oedometric cells suited to control the 
permeant inflow, oedometric cells with controlled suction and a new 
equipment denominated as "expansocolapsometer" were used. This field 
apparatus allows the measurement, at different depths, of 
deformation of soils submitted to a known stress state with inflow 
control. Pedological, micromorphological and geotechnical 
characteristics of the soils are investigated, as well as the 
relationship between suction and water content, and the factors that 
influence on the deformations of collapse and expansion. Among 
other conclusions, it was found that deformation of collapse and 
expansion due to wetting depends on stress state, inflow and 
physicochemical interaction between soil and permeant, either in 
magnitude as in time behavior. The expansocolapsometer proved to be 
a simple and practical equipment that allows performing field tests 
with inflow control likewise laboratory oedometric tests. The 
collapse measurements obtained with the expansocolapsometer compared 
very well with results of consolidation tests in laboratory. The 
findings of this research contribute, primarily, for a better 
understanding of the process of collapse and expansion of 
unsaturated soils due to wetting. 
 
 
 
viii 
SUMÁRIO 
 
CAPÍTULOS PÁGINAS 
CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO 1 
 1.1. - Considerações gerais. 1 
 1.2. - Objetivos e metodologias. 5 
 1.3. - Estrutura da tese 
 
8 
CAPÍTULO II - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. 11 
 2.1. - Solos não saturados. 11 
 2.1.1. - Introdução. 11 
 2.1.2. - Princípio de tensão efetiva aplicado 
 a solos não saturados. 13 
 2.1.3. - Estrutura dos solos. 19 
 2.1.4. - Minerais argílicos e interação água-argila. 24 
 2.1.4.1. - Minerais argílicos. 24 
 2.1.4.2. - Propriedades de engenharia da dupla camada. 26 
 2.1.4.3. - Interação água-argila. 27 
 2.1.5. - Sucção e troca de umidade. 29 
 2.1.6. - Variáveis de estado e superfície de estado. 32 
 2.1.7. - Compressibilidade. 33 
 2.2. - Solos colapsíveis. 40 
 2.2.1. - Definições. 40 
 2.2.2. - Locais de ocorrência e tipos de solos 
 sujeitos ao fenômeno. 41 
 2.2.3. - Explicações do comportamento de colapso. 44 
 2.2.4. - Métodos de identificação, quantificação e 
 classificação de solos colapsíveis. 50 
 2.2.5. - Fatores que influenciam no colapso dos solos. 57 
 2.2.5.1. - Influência da vazão de inundação. 57 
 2.2.5.2. - Velocidade de deformação. 58 
 2.2.5.3. - Influência do tipo de permeante. 59 
 2.3. – Solos expansivos. 62 
 2.3.1.- Definições. 62 
 2.3.2 - Tipos de solos sujeitos ao fenômeno de 
 expansão e locais de sua ocorrência. 63 
 2.3.3. - Fenômeno de expansividade em solos argilosos. 64 
 
 
ix 
 2.3.4. - Identificação, quantificação da expansividade 
 e do potencial de expansão. 69 
 2.3.5. - Expansão "livre" e tensão de expansão. 71 
 2.3.5.1. - Expansão "livre". 71 
 2.3.5.2. - Tensão de expansão. 72 
 
CAPÍTULO III - EQUIPAMENTOS - MONTAGEM DO LABORATÓRIO DE 
 SUCÇÃO. 74 
 3.1. - Introdução. 74 
 3.2. - Equipamentos de medida de sucção e edômetros 
 de sucção controlada. 74 
 3.2.1. - Equipamentos de medidas de sucção. 74 
 3.2.2. - Equipamentos utilizados na avaliação da 
 sucção na pesquisa. 76 
 3.2.2.1. - Dessecador de vácuo. 76 
 3.2.2.2. - Membrana de pressão. 79 
 3.2.2.3. - Método do papel filtro. 80 
 3.3.2.4. - Edômetros de sucção controlada. 85 
 3.3. - Construção, adaptação e desenvolvimento dos 
 equipamentos utilizados. 86 
 3.3.1. - Construção de equipamentos. 86 
 3.3.2. - Adaptações da prensa tipo Bishop para 
 célula edométrica de sucção controlada e para a célula 
 edométrica convencional. 88 
 3.3.3.- Desenvolvimento do equipamento 
 expansocolapsômetro. 92 
CAPÍTULO IV - ASPECTOS GEOLÓGICOS, GEOMORFOLÓGICOS E 
PEDOLÓGICOS. 97 
 4.1. - Localização. 97 
 4.2. - Aspectos geológicos. 97 
 4.3. - Aspectos geomorfológicos. 98 
 4.3.1. – Condicionamento climático. 100 
 4.3.1.1. - Precipitação. 101 
 4.3.1.2. - Temperatura do ar. 102 
 4.3.1.3. - Evaporação de tanque. 105 
 4.3.1.4. - Vento e umidade relativa do ar. 105 
 
 
 
x 
 4.3.1.5. - Insolação. 106 
 4.3.1.6. - Evapotranspiração. 106 
 4.3.1.7. - Semi-aridez. 107 
 4.3.1.8. - Tipo de clima. 108 
 4.3.2. - Vegetação. 109 
 4.4. - Pedologia. 110 
 4.5. - Conclusões. 110 
 
CAPÍTULO V - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS. 114 
 5.1. - Investigação geotécnica de campo. 114 
 5.1.1. - Sondagem de simples reconhecimento - areia 
 amarelo-avermelhada. 114 
 5.1.2. - Aspectos do relevo local, poço de 
 investigação e amostragem dos solos. 118 
 5.1.2.1. - Aspectos do relevo local. 118 
 5.1.2.2. - Amostragem dos solos. 120 
 5.1.2.3. - Conclusões. 120 
 5.1.3. - Temperatura do solo. 121 
 5.1.4. - Ensaios de umidade e peso específico natural. 123 
 5.1.5. - Deformações devidas à inundação, medidas em 
 campo através do equipamento expansocolapsômetro com 
 controle da vazão de inundação. 128 
 5.2. - Investigação geotécnica de laboratório. 134 
 5.2.1. - Caracterização física - granulometria, 
 consistência e compactação. 134 
 5.2.1.1. - Granulometria. 134 
 5.2.1.2. - Consistência. 140 
 5.2.1.3. - Compactação. 140 
 5.2.1.4. - Conclusões. 146 
 5.2.2. - Relação sucção-umidade. 148 
 5.2.2.1. - Componentes de sucção. 151 
 5.2.2.2. - Sucções iniciais. 152 
 5.2.2.3. - Capacidade diferencial de umidade. 156 
 5.2.2.4. - Relação sucção-umidade-tempo. 158 
 5.2.2.5. -Conclusões. 161 
 5.2.3. - Caracterização química. 163 
 5.2.3.1. - Cátions trocáveis. 163 
 
 
xi 
 5.2.3.2. - Acidez no solo. 165 
 5.2.3.3. - Matéria orgânica. 166 
 5.2.3.4. - Análise dos óxidos. 166 
 5.2.3.5. - Extrato saturado - sais dissolvidos. 167 
 5.2.3.6. - Conclusões. 170 
 5.2.4. - Ensaios de dispersão. 171 
 5.2.4.1. - Ensaios de dispersão rápida. 171 
 5.2.4.2. - Furo de agulha - "pinhole test". 171 
 5.2.4.3. - Conclusões. 174 
 5.2.5. - Análise mineralógica. 175 
 5.2.5.1. - Análise ótica - fração areia. 175 
 5.2.5.2. - Análise mineralógica - Raio-X – frações 
 silte e argila. 177 
 5.2.5.3. - Micromorfologia. 180 
 5.2.5.4. - Microscopia eletrônica de varredura. 187 
 5.2.5.5. - Comparação das análises da contextura 
 através da microscopia eletrônica de varredura (MEV) 
 e da microscopia ótica através de lâminas (MO). 190 
 5.2.5.6. - Conclusões. 191 
 5.2.6. - Pedologia. 193 
 5.2.7. - Ensaios edométricos duplos – células 
 convencionais. 195 
 5.2.7.1. - Influência da umidade inicial. 203 
 5.2.8. - Ensaios edométricos simples – células 
 convencionais. 209 
 5.2.8.1. - Influência da vazão de inundação. 209 
 5.2.8.2. - Influência do estado de tensão. 215 
 5.2.8.3. - Influência do permeante. 258 
 5.2.8.4. - Influência da anisotropia. 275 
 5.2.9. - Ensaios edométricos de sucção controlada. 277 
 5.2.9.1. - Areia amarelo-avermelhada. 277 
 5.2.9.2. - Argila bruno-avermelhada. 279 
 5.3. - Comparação dos resultados dos ensaios de 
 laboratório com os de campo na areia amarelo- 
 avermelhada. 286 
 
 
 
 
xii 
CAPÍTULO VI - RESUMO, CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS. 291 
 6.1. - Resumo e conclusões. 291 
 6.1.1. - Revisão bibliográfica. 291 
 6.1.2. - Aspectos geológicos, geomorfológicos e 
 pedológicos. 292 
 6.1.3. - Construções, adaptações e desenvolvimento de 
 equipamentos. 293 
 6.1.4. - Equipamentos e técnicas de ensaios. 294 
 6.1.5. - Colapso e expansão. 296 
 6.2. - Sugestões para pesquisas. 303 
 
 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 304 
 
APÊNDICE-A - CALIBRAÇÃO DA COMPRESSIBILIDADE DAS CÉLULAS 
 EDOMÉTRICAS. 327 
 A.1. - Introdução. 327 
 A.2. - Medidas das deformações das células. 328 
 A.3. - Resultados e análises. 330 
 
APÊNDICE-B - CALIBRAÇÃO DO PAPEL FILTRO. 333 
 B.1. - Metodologia. 333 
 B.2. - Apresentação dos resultados. 334 
 B.3. – Análise dos resultados. 337 
 B.4. - Identificação de fungos celulolíticos em 
 papéis filtro. 338 
 
APÊNDICE-C - MATERIAIS E MÉTODOS. 342 
 C.1. - Introdução. 342 
 C.2. - Investigação geotécnica de campo. 344 
 C.2.1. - Sondagem de simples reconhecimento - 
 areia amarelo-avermelhada. 344 
 C.2.2. - Poços de investigação, retirada de 
 amostras e determinação da temperatura do solo. 347 
 C.2.2.1. - Areia amarelo-avermelhada. 347 
 C.2.2.2. - Argila bruno-avermelhada. 349 
 C.2.2.3. - Temperatura do solo. 350 
 
 
 
xiii 
 C.2.3. - Ensaios de peso específico, umidade 
 natural e de sucção. 350 
 C.2.4. - Ensaios para avaliar as deformações 
 volumétricas em campo através do equipamento 
 expansocolapsômetro. 352 
 C.2.4.1. - Areia amarelo-avermelhada. 352 
 C.2.4.2. - Argila bruno-avermelhada. 354 
 C.3. - Investigação geotécnica de laboratório. 354 
 C.3.1. - Caracterização física. 354 
 C.3.2. - Caracterização química dos solos e 
 permeantes. 356 
 C.3.3. - Análises mineralógicas. 356 
 C.3.3.1. - Análise mineralógica da fração grossa - 
 areia. 356 
 C.3.3.2. - Análise mineralógica das frações silte e 
 Argila. 356 
 C.3.3.3. - Análise micromorfológica – Microscopia 
 ótica. 357 
 C.3.3.4. - Microscopia eletrônica de varredura. 360 
 C.3.4 - Moldagem dos corpos de prova em laboratório. 361 
 C.3.4.1. - Preparação dos corpos de prova de amostras 
 indeformadas. 362 
 C.3.4.2. - Preparação dos corpos de prova em amostras 
 compactadas em laboratório. 363 
 C.3.5. - Ensaios para a obter relação sucção- 
 umidade. 365 
 C.3.5.1. - Membrana de pressão. 365 
 C.3.5.2. - Dessecador de vácuo. 367 
 C.3.6. - Ensaios edométricos. 368 
 C.3.6.1. - Ensaios edométricos simples – células 
 convencionais. 368 
 C.3.6.2. - Ensaios edométricos duplos. 377 
 C.3.6.3. - Ensaios edométricos em células de sucção 
 controlada. 378 
 
 
 
 
 
xiv 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO 
 
Figura (I.1) - Localização de Pernambuco em relação ao Brasil, 
 do município de Petrolândia em relação ao sertão de 
 Pernambuco e dos locais estudados em relação ao município 
 de Petrolândia. 
Figura (I.2) - Orgãos e Instituições de pesquisas envolvidos no 
 desenvolvimento da tese. 
 
 
CAPÍTULO II - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
Figura (II.1) - Curva de compactação, curvas de graus de 
 saturação e características de compressibilidade. 
Figura (II.2) - Estrutura do silte e argila sugerida por 
 CASAGRANDE (1932). 
Figura (II.3) - Modelos propostos para explicar estruturas 
 instáveis de solos colapsíveis. 
Figura (II.4) - Representação de Ensaios - MATYAS e RADHAKRISHNA 
 (1968) 
Figura (II.5) - Colapso e expansão durante a inundação de duas 
 amostras. ESCARIO E SAEZ (1973). 
Figura (II.6) - Algumas ocorrências de solos colapsíveis no 
 Brasil (modificado de FERREIRA et al 1989). 
Figura (II.7) - Variação do potencial de colapso com a tensão 
 vertical de inundação e classe pedológica. 
Figura (II.8) - Curvas típicas de ensaios edométricos em amostras 
 naturais e saturadas (ALONSO et al 1989). 
Figura (II.9) - Ensaios edométricos. 
Figura (II.10) - Ocorrências prováveis de solos expansivos no 
 Brasil - VARGAS (1990) com apliação de FERREIRA (1990) 
Figura (II.11) - Solos expansivos do Brasil - carta de 
 plasticidade - diagrama de VAN DER MERWE (1964). Modificado 
 de VARGAS (1989). 
 
 
CAPÍTULO III - EQUIPAMENTOS - MONTAGEM DO LABORATÓRIO DE SUCÇÃO 
 
Figura (III.1) - Esquema do dessecador de vácuo. 
Figura (III.2) - Correlações entre Sucção-Molaridade-Densidade. 
Figura (III.3) - Esquema da membrana de pressão. 
Figura (III.4) - Edômetro de sucção controlada (ESCARIO, 1967 e 
 1969). 
Figura (III.5) - Esquema de montagem dos ensaios em células 
 edométricas convencionais. 
Figura (III.6) - Adaptações na prensa do tipo Bishop para a 
 realização de ensaios com a célula de sucção controlada. 
Figura (III.7) - Equipamento para medir variação de volume em 
 campo com controle da vazão de inundação - 
 expansocolapsômetro. 
 
 
 
 
xv 
CAPÍTULO IV - ASPECTOS GEOLÓGICOS, GEOMORFOLÓGICOS E PEDOLÓGICOS 
 
Figura (IV.1) - Bacia do Jatobá - Geologia - MELO (1980). 
Figura (IV.2) - Precipitação posto SUDENE/Petrolândia - PE. 
Figura (IV.3) - Ombro-Térmico - Município Petrolândia. 
Figura (IV.4) - Índice de aridez - Petrolândia - PE (1984-1993) 
Figura (IV.5) - Mapa de solos abrangendo a área do projeto de 
 irrigação Apolônio Sales - Relatório técnico CODEVASF-CHESF 
 (1989) 
Figura (IV.6) - Mapa de solos abrangendo a área do projeto 
 Barreiras bloco-2 - Relatório técnico - CHESF - OAS - B&B - 
 Consultoria Técnica (1989). 
 
CAPÍTULO V - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 
 
Figura (V.1) - Características do perfil do solo - Areia amarelo- 
 avermelhada. 
Figura (V.2) - Característicasgeotécnicas dos solos 
Figura (V.3) - Deformações e potenciais de colapso medidos em 
 campo - Equipamento Expansocolapsômetro. 
Figura (V.4) - Transmissão de tensão e variação de umidade com a 
 profundidade. 
Figura (V.5) - Curvas granulométricas areia amarelo-avermelhada. 
Figura (V.6) - Curvas granulométricas Argila bruno-avermelhada 
Figura (V.7) - Curvas de compactação e graus de saturação - 
 Areia amarelo-avermelhada. 
Figura (V.8) - Curvas de compactação e graus de saturação na 
 Argila bruno-avermelhada. 
Figura (V.9)- Relação sucção umidade. 
Figura (V.10) - Relação sucção-umidade e sucção mátrica/total - 
 Areia amarelo-avermelha. 
Figura (V.11) - Relação sucção-umidade e sucção mátrica/total 
 - Argila bruno-avermelhada. 
Figura (V.12) - Sucções iniciais - mátricas e totais. 
Figura (V.13) - Variação da expansão e contração, índice de va- 
 zios e grau de saturação com a umidade ou sucção. 
Figura (V.14) - Relação umidade-sucção para sucção de 0.01 a 100 
 MPa. 
Figura (V.15) - Relação umidade-tempo - Areia amarelo-avermelhada 
Figura (V.16) - Relação umidade-tempo - Argila bruno-avermelhada 
Figura (V.17) - Ensaios químicos-dispersividade. 
Figura (V.18) - Ensaios de erodibilidade - "Pinhole Test" - Areia 
 amarelo-avermelhada. 
Figura (V.19)- Difratogramas de raio-X - Areia amarelo- 
 avermelhada. 
Figura (VI.20)- Difratogramas de raio-X - Argila bruno- 
 avermelhada. 
Figura (V.21) - Variação do índice de vazios e deformação de 
 compressão com a tensão vertical de consolidação - Areia 
 amarelo-avermelhada. 
Figura (V.22) - Variação do índice de vazios e deformação de 
 compressão com a tensão vertical de consolidação - Argila 
 bruno-avermelhada. 
Figura (V.23) - Ensaios edométricos duplos. 
Figura (V.24) - Influência da umidade inicial na 
 
 
 
xvi 
 compressibilidade - Areia amarelo-avermelhada. 
Figura (V.25) - Influência da umidade inicial na 
 compressibilidade - Argila bruno-avermelhada. 
Figura (V.26) - Influência da vazão de inundação nos valores dos 
 potenciais e deformações de colapso. 
Figura (V.27) - Velocidade de deformação máxima com diferentes 
 vazões de inundação. 
Figura (V.28) - Influência da vazão de inundação nos valores dos 
 potenciais de deformações e velocidades de deformações de 
 expansão. 
Figura (V.29) - Ensaios edométricos simples convencionais - 
 Permeante - água destilada V = 0,25 ml/s. 
Figura (V.30) - Variação do potencial de colapso com a tensão 
 vertical de consolidação para diferentes tipos de amostras. 
Figura (V.31) - Comportamento reológico. 
Figura (V.32) - Influência do pré-carregamento na colapsibilidade 
Figura (V.33) - Influência do ciclo carregamento-inundação- 
 descarregamento-secagem 
Figura (V.34) - Influência da umidade inicial na expansão "livre" 
 para as tensões verticais de consolidações de 1,0 kPa e 10 
 kPa 
Figura (V.35) - Ensaios edométricos simples convencionais - 
 Argila bruno-avermelhada 
Figura (V.36) - Deformação de expansão/colapso com o tempo 
Figura (V.37) - Variação do potencial de expansão e de colapso 
 com a tensão vertical de consolidação, índice de vazios e 
 graus de saturação antes da inundação. 
Figura (V.38) - Métodos de tensão de expansão - expansão e 
 colapso e carregamento após expansão. 
Figura (V.39) - Métodos de tensão de expansão - volume constante 
 e RAO et al (1988), curvas tensão x tempo e descarregamento 
 após ensaios de volume constante. 
Figura (V.40) - Métodos de tensão de expansão - Edométrico duplo 
 e JUSTO et al (1984). 
Figura (V.41) - Métodos de tensão de expansão - resumo 
Figura (V.42) - Influência da umidade inicial e da tensão 
 vertical na deformação de expansão devido à inundação - 
 argila bruno-avermelhada. 
Figura (V.43) - Variação da tensão de expansão com a sucção, 
 índice de vazios e umidade iniciais. 
Figura (V.44) - Deformações produzidas por dessecação, inundação 
 e tempo. 
Figura (V.45) - Influência dos permeantes das deformações - 
 ensaios edométricos duplos. 
Figura (V.46) - Influência dos permeantes nas deformações de 
 colapso - Areia amarelo-avermelhada 
Figura (V.47) - Influência dos permeantes nas deformações de 
 expansão - Argila bruno-avermelhada 
Figura (V.48) - Influência dos permeantes nos valores dos 
 potenciais de colapso e expansão. 
Figura (V.49) - Total de cátions solúveis na água versus 
 porcentagem de sódio trocável do solo - INGLES e AITCHISON 
 (1969) citado por REGINATTO e FERRERO (1973). 
Figura (V.50) - Influência do pH nos valores dos potenciais de 
 colapso, expansão e tensão de expansão. 
Figura (V.51) - Influência da anisotropia nos valores dos 
 
 
 
xvii 
 
 potenciais de colapso e expansão. 
Figura (V.52) - Ensaios edométricos convencionais e de sucção 
 controlada - Areia amarelo-avermelhada. 
Figura (V.53) - Ensaios edométricos convencionais e de sucção 
 controlada - Argila bruno-avermelhada. 
Figura (V.54) - Relação entre a deformação volumétrica 
 específica, sucção e tensão vertical de consolidação - 
 Argila bruno-avermelhada. 
Figura (V.55) - Curvas de inundação sob tensão - ensaios 
 edométricos convencionais e de sucção controlada. 
Figura (V.56) - Deformações e potenciais de colapso medidos 
 através de ensaios de campo e de laboratório. 
Figura (V.57) - Comparação campo – laboratório - correlação com SPT 
 
APÊNDICE-A - CALIBRAÇÃO DA COMPRESSIBILIDADE DAS CÉLULAS 
 
Figura (A.1) - Influência da deformação do sistema. 
Figura (A.2) - Deformações típicas de células edométricas 
 convencionais e de sucção controlada. 
 
 
APÊNDICE-B - CALIBRAÇÃO DO PAPEL FILTRO. 
 Figura (B.1) - Calibração do papel filtro Schleicher & 
 Schull Nº 589. 
 
 
APÊNDICE-C - MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Figura (C.1) - Esquema do recipiente para a colocação do papel 
 filtro. 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO 
 
Tabela (I.1) - Características preponderantes de solos naturais 
 potencialmente colapsíveis e expansivos 
 
 
CAPÍTULO II - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
Tabela (II.1) - Características geotécnicas de alguns solos 
 colapsíveis no Brasil 
Tabela (II.2) - Métodos indiretos e diretos de identificação de 
 solos colapsíveis 
Tabela (II.3) - Características de alguns líquidos orgânicos 
 comparados com a água, (WEAST 1985). 
Tabela (II.4) - Características geotécnicas de alguns solos 
 expansivos no Brasil 
Tabela (II.5) - Métodos indiretos e diretos de identificação e 
 quantificação da expansividade dos solos. 
 
 
 
 
xviii 
CAPÍTULO III - EQUIPAMENTOS, MONTAGEM DO LABORATÓRIO DE SUCÇÃO .. 
 
Tabela (III.1) - Métodos diretos e indiretos de medida de sucção. 
Tabela (III.2) - Resumo de dados de calibrações de vários autores 
 em diferentes papéis filtro. 
Tabela (III.3) - Edômetros de sucção controlada. 
Tabela (III.4) - Características das peças do equipamento 
 expansocolapsômetro. 
 
 
CAPÍTULO IV - ASPECTOS GEOLÓGICOS, GEOMORFOLÓGICOS E PEDOLÓGICOS 
 
Tabela (IV.1) - Observações meteorológicas mensais. Estação 
 Agrometeorológica Projeto Apolônio Sales. Período: 
 agosto/92-junho/94. Lat 8o 57' s, long 38o 15'w, alt 310 m. 
 
CAPÍTULO V - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 
Tabela (V.1) - Índice de resistência a penetração (SPT) no solo 
 natural e inundado. 
Tabela (V.2) - Efeito da amostragem - bloco e "shelby". 
Tabela (V.3) - Temperatura do solo, do ar e umidade relativado 
 ar - Areia amarelo-avermelhada / argila bruno-avermelhada. 
Tabela (V.4) - Índices físicos - Areia amarelo-avermelhada.. 
Tabela (V.5) - Índices físicos - Argila bruno-avermelhada 
Tabela (V.6) - Composição granulométrica e peso específico real 
 dos grãos. 
Tabela (V.7) - Composição granulométrica com e sem uso de 
 defloculante - Areia amarelo-avermelhada. 
Tabela (V.8) - Composição granulométrica após a compactação 
 com e sem uso de defloculante - argila bruno-avermelhada 
Tabela (V.9) - Umidade das frações do solo na areia amarelo- 
 avermelhada. 
Tabela (V.10) - Limites de consistência, índice de plasticidade 
 e atividade. 
Tabela (V.11) - Ensaios de compactação com e sem reuso do solo. 
Tabela (V.12) - Sucções mátricas e totais- membrana de pressão, 
 dessecador de vácuo e papel filtro. 
Tabela (V.13) - Capacidade diferencial d'água. 
Tabela (V.14) - Caracterização química - Areia amarelo- 
 avermelhada. 
Tabela (V.15) - Caracterização química - Argila bruno - 
 avermelhada. 
Tabela (V.16) - Óxídos e relações moleculares. 
Tabela (V.17) - Extrato saturado - sais dissolvidos. 
Tabela (V.18) - Resumo da análise química. 
Tabela (V.19) - Resultados dos ensaios de dispersividade - 
 "pinhole test" - Areia amarelo-avermelhada. 
Tabela (V.20) - Comparação dos ensaios de dispersividade. 
Tabela (V.21) - Módulos edométricos nos solos na umidade natural 
 e inundados 
Tabela (V.22) - Coeficientes de deformações nos solos na umidade 
 natural e inundados. 
Tabela (V.23) - Índices de deformações nos solos na umidade 
 natural e inundados. 
Tabela (V.24) - Critério de REGINATTO e FERRERO (1993) 
 
 
 
 
xix 
Tabela (V.25) - Potenciais de colapso avaliados em ensaios 
 edométricos duplos e simples em amostras naturais, 
 compactadas com mesma granulometria do solo natural, com 
 granulometria alterada e lama. 
Tabela (V.26) - Índices físicos iniciais, sucçõe são iniciais, 
 índices de compressão (no carregamento e no 
 descarregamento) e tensão de pré-consolidação em amostras 
 com diferentes umidades iníciais. 
Tabela (V.27) - Índices físicos iniciais, sucção inicial, índices 
 de compressão (no carregamento e no descarregamento) e 
 tensão de pré-consolidação em amostras com diferentes 
 umidades iniciais e inundadas na tensão de 1,0 kPa 
Tabela (V.28) - Velocidade de deformação máxima e tempo médio 
 para que ocorra. 
Tabela (V.29) - Umidade e grau de saturação na condição natural, 
 no início e final de colapso e no final do ensaio. 
Tabela (V.30) - Umidade e grau de saturação crítico para inicio 
 de colapso. 
Tabela (V.31) - Velocidade de deformação máxima e tempo de 
 ocorrência com a vazão de inundação de 0,25ml/s e permeante 
 água destilada. 
Tabela (V.32) - Influência do ciclo carregamento-inundação 
 descarregamento-segagem nos valores dos pontenciais de 
 colapso. 
Tabela (V.33) - Expansão "livre" - ensaios realizados em células 
 edométricas e de expansão livre. 
Tabela (V.34) - Relação entre a expansão "livre" e a umidade 
 inicial - ensaios realizados em células edométricas. 
Tabela (V.35) - Índices físicos iniciais e antes da inundação, 
 deformações e potenciais de expansão ou de colapso. 
Tabela (V.36) - Valores da tensão de expansão. 
Tabela (V.37) - Valores da tensão de expansão - Método-1, 
 carregamento após expansão com diferentes tensões verticais 
 de consolidações. 
Tabela (V.38) - Valores da tensão de expansão a volume constante. 
Tabela (V.39) - Influência da umidade inicial na tensão de 
 expansão. 
Tabela (V.40) - Relação entre as tensões de expansão e de pré 
 consolidação. 
Tabela (V.41) - Análise físico-química das águas (líquidos não 
 orgânicos) utilizados nos ensaios. 
Tabela (V.42) - Critério de colapsibilidade de REGINATTO e 
 FERRERO (1973) aplicado a areia amarelo-avermelhada. 
Tabela (V.43) - Influência dos permeantes na expansão lívre, 
 tensão de expansão e na relação deformação de expansão- 
 tensão vertical de inundação. 
Tabela (V.44) - Influência da anisotropia nos valores dos 
 potenciais de colapso e expansão. 
Tabela (V.45) - Ensaios de sucção controlada. 
Tabela (V.46) - Potenciais de expansão e de colapso - edômetros 
 convencionais e de sucção controlada. 
Tabela (V.47) - Deformações volumétricas específicas avaliadas 
 por ensaios de campo, laboratório e correlações com o SPT. 
 
 
 
 
 
 
xx 
APÊNDICE-B - CALIBRAÇÃO DO PAPEL FILTRO. 
 
Tabela (B.1) - Correlações entre a variação de umidade do papel 
 filtro (∆W = Wt - Wi, onde Wt - umidade do papel filtro em um 
 tempo qualquer e Wi - umidade da primeira determinação no 
 tempo de 0,25 minutos) e o tempo transcorrido para a sua 
 determinação. 
Tabela (B.2) - Curvas de calibração do papel filtro Schleicher & 
 Schuell Nº 589, determinadas pelas diferentes técnicas de 
 ensaios. 
Tabela (B.3) - Fungos encontrados na areia amarelo-avermelhada e 
 nos papéis filtro em contato com o solo inundado. 
Tabela (B.4) - Fungos encontrados na argila bruno-avermelhada 
 
 
APÊNDICE-C - MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Tabela (C.1) - Programa de investigação geotécnica 
Tabela (C.2) - Características físicas médias dos anéis 
 utilizados nos ensaios. 
Tabela (C.3) - Tipos de ensaios utilizados na obtenção da relação 
 sucção-umidade e campo de variação da sucção utilizadas nos 
 ensaios. 
Tabela (C.4) - Condições iniciais e finais de ensaios no 
 dessecador. 
Tabela (C.5) - Fatores que influenciam as deformações dos solos 
 devido à inundação analisados no edômetro convencional. 
 
 
 
LISTA DE PRANCHAS 
 
Pranchas (V.1) - Micrografia da contextura da areia amarelo- 
 avermelhada em amostras indeformadas e após colapso sob 
 tensão de 320 kPa devido à inundação (MO). 
Pranchas (V.2) - Micrografia da contextura da argila bruno- 
 avermelhada em amostras indeformadas e após expansão sob 
 tensão de 10 kPa devido à inundação (M0). 
Pranchas (V.3) - Micrografia da contextura da areia amarelo- 
 avermelhada em amostras indeformadas (MEV). 
Pranchas (V.4) - Micrografia da contextura da areia amarelo- 
 avermelhada em amostra após colapso sob tensão de 320 kPa 
 devido á inundação (MEV). 
 
 
 
 
1 
 CAPÍTULO I 
 
 
 INTRODUÇÃO 
 
 
1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS 
 
 Na natureza, solos não saturados são encontrados em 
diversas condições. Em climas áridos e semi-áridos, dados de 
observações de campo de muitas décadas mostram que a variação de 
umidade com a profundidade não atinge a condição de saturação. 
Em climas em que a evapotranspiração excede a infiltração, a 
deformação volumétrica experimentada por uma camada de solo 
depende da variação de umidade e da condição de distribuição de 
ar nos seus vazios. Em outros casos, em que a precipitação 
pluviométrica induz ao avanço da frente de saturação, pode ainda 
assim preservar-se no perfil de umidade do solo a condição de 
não saturação. O comportamento dos solos compactados é 
influenciado pelo peso específico aparente seco, microestrutura 
 e grau de saturação. Em todos os casos, a história de tensões e 
a variação de umidade são fatores de grande importância na 
análise do comportamento dos solos. 
 
 Alguns solos não saturados, ao se aumentar o teor de água 
em seus vazios, ou ao serem solicitados por carga e 
posteriormente umedecidos, experimentam uma variação de volume. 
Estes solos têm seu comportamento relacionado à instabilidade 
volumétrica,quando o teor de umidade é alterado: expansão e 
contração em argilas expansivas e redução volumétrica em solos 
de estruturas metaestáveis. Termos como "expansão" e "colapso" 
são associados a estes solos. 
 
 Definir com precisão o que é um solo expansivo é difícil e 
muito mais ainda, o que é um solo colapsível. Estes termos estão 
tanto relacionados a fatores intrínsecos do próprio solo, quanto 
a fatores condicionados ao meio ambiente e às condições externas 
 
 
2 
impostas. A dificuldade em se definir com precisão estes solos 
está relacionada com algumas características apresentadas pelos 
mesmos, entre elas: 
 
i- solos colapsíveis podem apresentar caráter expansivo 
quando umedecidos sob baixas tensões; JENNINGS e BURLAND (1962), 
DUDLEY (1970) e VILAR et al (1981); 
 
ii- solos expansivos podem apresentar caráter colapsível 
quando umedecidos sob altas tensões; ESCARIO (1973), DELGADO 
(1986), FERREIRA (1988) e VILAR (1992); 
 
iii- solos expansivos apresentam expansão nula se em campo 
estiverem saturados ou ainda se submetidos à tensão de expansão 
quando inundados; 
 
iv- solos compactados no ramo seco, quando umedecidos até 
atingirem a sucção zero e submetidos a altas tensões apresentam 
comportamento de colapso; BARDEN et al (1969); 
 
v- solos compactados no ramo seco, quando umedecidos até 
atingirem a sucção zero e submetidos a baixas tensões apresentam 
comportamento de expansão; BARDEN et al (1969). 
 
 No campo, algumas características predominantes são 
indicativas da ocorrência de solos que experimentam variação de 
volume quando inundados. Estas características (tabela I.1) dão 
indicação se o solo é potencialmente colapsível ou expansivo. 
 
 Em diversas referências bibliográficas, entretanto, 
encontram-se definições de solos colapsíveis e expansivos. Na 
convenção anual da American Society of Civil Engineers (ASCE), 
ocorrida em 1976 na Filadélfia, definiu-se como solo colapsível 
ou metaestável "o solo não saturado que experimenta um radical 
rearranjo de partículas e grande redução de volume quando 
inundado com ou sem carga adicional" CLEMENCE e FINBARR (1981). 
Uma outra definição de solo colapsível foi apresentada por NUNEZ 
 
 
3 
(1975), referindo-se a solo que tem uma sensível modificação no 
comportamento tensão-deformação após atingir um valor limite de 
tensão, sendo menor que o valor da tensão na ruptura do solo. 
Este fenômeno não é necessariamente acompanhado de uma 
modificação substancial na estrutura das partículas que 
determine a sua quebra e nem de uma significativa redução de 
volume. Solos que apresentam este comportamento foram estudados 
por URIEL SERRANO (1973) e não serão abordados neste trabalho. 
 
 
 SOLOS CARACTERÍSTICAS PREDOMINANTES 
 NOS SOLOS NATURAIS 
 
 
 
 
 
POTENCIALMENTE 
COLAPSíVEIS 
i- Solos não saturados. 
 ii- Solos com estrutura metaestável com 
 partículas cimentantes (material 
 argiloso, óxidos de ferro e alumínio 
e carbonatos). 
iii- Depósitos recentes, em climas áridos e 
 semi-áridos onde a evapotranspiração 
 excede a precipitação. 
iv- Solos de regiões tropicais em que há 
 lixiviação dos horizontes superficiais 
 onde se alternam períodos de seca e 
 chuvas intensas. 
 
 
 
 
 
 
 
POTENCIALMENTE 
EXPANSIVOS 
i- Solos não saturados. 
ii- Solos com argilo mineral do tipo 2:1 em 
 especial a montmorilonita e 
 vermiculita. 
iii- Solos de regiões semi-áridas, climas 
 tropicais e temperados onde a evapo- 
 transpiração excede a precipitação. 
iv- Solos derivados de rochas ígneas, 
 basicamente Basalto, Diabases e Gabros 
 e de rochas sedimentares basicamente: 
 Folhelhos, Margas e Calcários. 
 v- Contrações e expansões provocando 
 fendilhamento na massa de solo quando 
 seco, com aparecimento de superfícies 
 de fricção ("slickensides"). 
 
Tabela (I.1) Características preponderantes de solos naturais 
 potencialmente colapsíveis e expansivos. 
 
 SCHREINER (1987) define expansão de um solo expansivo 
intrisecamente como sendo a variação de volume resultante da 
mudança de umidade ou sucção. Define também a expansividade 
 
 
4 
intrínseca do solo como uma propriedade resultante de sua 
composição mineralógica e da quantidade de argila quando 
interage com a água. Assim, o caráter expansivo de um solo 
depende primariamente do tipo de argila existente, vez que nem 
todos os minerais argílicos podem experimentar modificações de 
volume. As argilas esmectitas, cuja espécie mais generalizada 
são a montmorilonita e vermiculita, são as mais representativas. 
 
 Embora sabendo que o termo mais adequado seja "solo 
potencialmente colapsível" ou "solo potencialmente expansivo", 
uma vez que o colapso e a expansão não dependem unicamente das 
propriedades intrínsecas do solo, mas também das condições em 
que se encontram e das que lhe são impostas, serão usados neste 
trabalho os termos "solo colapsível" e "solo expansivo" para os 
solos que na realidade são potencialmente colapsíveis ou 
expansivos. 
 
 A edificação de obras de engenharia em solos que 
apresentam instabilidade volumétrica quando umedecidos pode 
causar sérios problemas. Em solos naturais colapsíveis podem 
ocorrer trincas; fissuras ou mesmo a ruptura de casas, 
edifícios, reservatórios, canais de irrigação; depressões em 
pavimentos das rodovias e formação de superfície de 
escorregamento em taludes. Já nos solos expansivos em campo, 
observam-se fissuras ou fendas características, nas estações 
secas, fissuras diagonais embaixo das janelas e acima das portas 
das edificações, ondulações e rupturas nos pavimentos, fissuras 
generalizadas longitudinais e transversais junto a bueiros, etc. 
 
 Os prejuízos causados em obras civis sobre solos 
colapsíveis e expansivos nos Estados Unidos são de pelo menos2,3 
bilhões de dólares/ano,atingindo o dobro dos custos com os danos 
causados com enchentes, furacões e terremotos, JONES e HOLTZ 
(1973). Os autores afirmam ainda que 20% da população americana 
são afetados por problemas com solos expansivos enquanto 10% são 
afetados por enchentes. Holtz citado por JOSA (1988) afirma que 
o custo real dos prejuízos pode chegar ao dobro do valor citado 
 
 
5 
acima, desde que sejam considerados os casos não conhecidos ou 
não reparados ou ainda os casos em que as causas não são 
atribuídas a esses solos. 
 
 No Brasil foram encontrados solos naturais colapsíveis em 
vários Estados do país: Amazonas, Piauí, Pernambuco, Bahia, 
Minas Gerais, São Paulo, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Os 
solos expansivos no país são encontrados: no interior do Rio 
Grande do Norte, em vários municípios do Estado de Pernambuco, 
em Alagoas, no Recôncavo Baiano, no sudeste de São Paulo, Paraná 
e Rio Grande do Sul. 
 
 Em Pernambuco, foram constatadas ocorrências de solos 
colapsíveis nos municípios de Petrolina, Santa Maria da Boa 
Vista, Petrolândia, Carnaíba e Gravatá. Nos municípios de 
Afrânio, Petrolina, Serra Talhada, Salgueiro, Cabrobó, 
Petrolândia, Ibimirim, Paulista, Olinda e no Recife, foi 
constatada a presença de solos expansivos. 
 
 Os solos selecionados para estudo neste trabalho estão 
localizados no município de Petrolândia, no sertão de 
Pernambuco, a cerca de 520 km da cidade do Recife. Um dos solos 
consiste em uma areia amarelo-avermelhada - (AAA) com estrutura 
metaestável (solo colapsível), que está situado em (N-9009250, 
E-582625 e altitude 310m); o outro, uma argila bruno-avermelhada 
-(ABA), situado em (N-9009000, E-590650 e altitude 317m). A 
escolha destes locais está associada à construção de grande 
conjunto habitacional e projetos de irrigação por ocasião daformação do lago da Barragem de Itaparica, figura (I.1) 
 
1.2. OBJETIVOS E METODOLOGIAS 
 
 Este trabalho tem por objetivo analisar a variação de 
volume devida à inundação em solos naturais colapsíveis e 
expansivos. Diversos fatores que influenciam o comportamento de 
mudança de volume destes solos devido à inundação são 
quantificados e analisados.Entre os objetivos principais a serem 
 
 
 
 
 
7 
pesquisados, podem-se destacar: 
 
i- caracterizar a pedologia e geomorfologia dos locais 
selecionados para estudo, procurando relacionar a origem e 
formação dos solos com as características de colapsibilidade e 
expansividade; 
 
ii- identificar, caracterizar e comparar a microestrutura dos 
solos em seu estado natural antes da inundação e após ocorrer a 
variação de volume devido à inundação e carregamento; 
 
iii- analisar a influência da velocidade de inundação, da 
deformação do sistema, do tipo de permeante, da anisotropia da 
amostra, da magnitude da sobrecarga, do ciclo de secagem e 
umedecimento, da taxa de deformação com o tempo em função da 
sobrecarga e da sucção nas características de mudança de volume 
do solo devida à inundação; 
 
iv- comparar e analisar o comportamento da variação de volume 
do solo no campo com o de laboratório. 
 
 Para a consecução desses objetivos, foi elaborado um 
programa de investigação geotécnica composto de duas fases : 
infraestrutura e experimentos. A primeira compreende a aquisição 
de equipamentos e acessórios, adaptação, desenvolvimento e 
construção de equipamentos, montagem do laboratório de sucção e 
calibração dos equipamentos para a realização de ensaios de 
campo e de laboratório. Na segunda fase, foram realizados 
ensaios de campo e de laboratório, compreendendo as seguintes 
etapas: 
 
i- revisão bibliográfica abrangendo o estado de conhecimento de 
 solos não saturados com ênfase especial no estudo de variação 
de volume devida à inundação dos solos colapsíveis e expansivos; 
 
ii- realização, em campo, de sondagem de simples 
reconhecimento, de poços de investigação com coleta de amostras 
indeformadas e deformadas, ensaios de peso específico, umidade, 
 
 
8 
sucção e ensaios de avaliação de mudança de volume do solo 
devido à inundação; 
 
iii- preparação de lâminas em amostras de solo indeformadas e 
em amostras após a inundação e sobrecarga para a análise 
microestrutural, e análise de amostras em microscopia eletrônica 
de varredura; 
 
iv- realização de ensaios de laboratório de caracterização 
física, química e mineralógica, ensaios para obtenção da relação 
sucção-umidade, ensaios edométricos simples e duplos em células 
convencionais com controle da vazão de inundação, utilizando 
diferentes velocidades de inundação, permeantes, sobrecargas, 
ciclos de secagem e umedecimento, orientação de amostras em 
relação ao plano de atuação das sobrecargas e ensaios em 
células edométricas com sucção controlada; 
 
v- análise dos resultados dos ensaios, comparação dos 
resultados dos ensaios de campo com os de laboratório e com os 
de outros pesquisadores. 
 
 A figura (I.2) apresenta diversas etapas do 
desenvolvimento, as instituições e orgãos de pesquisas 
envolvidos com o trabalho da tese e onde foram realizados os 
ensaios. 
 
1.3. ESTRUTURA DA TESE 
 
 Para efeito de apresentação, o trabalho está dividido em 
capítulos com a seguinte distribuição de conteúdos: 
 
 No capítulo II, apresenta-se uma revisão da bibliografia, 
que está dividida em três partes. A primeira aborda o 
comportamento de solos não saturados, procurando-se destacar os 
conceitos básicos e as características de compressibilidade. A 
segunda parte descreve o fenômeno do colapso nos solos, tipos de 
solos sujeitos ao fenômeno, explicações do fenômeno de colapso, 
métodos de identificação, quantificação e classificação de solos 
 
 
 
10 
colapsíveis e fatores que influenciam na colapsibilidade. 
Finalmente, a terceira parte descreve os solos expansivos, 
mantendo a mesma estrutura dos tópicos do desenvolvimento dos 
solos colapsíveis descrita acima. 
 
 A construção, o desenvolvimento, as adaptações dos 
equipamentos, bem como a montagem do laboratório de sucção são 
descritos no capítulo III. As calibrações dos equipamentos são 
descritas nos apêndices - A e B. 
 
 As características geológicas, geomorfológicas e 
pedológicas da região de onde foram obtidas as amostras são 
apresentadas no capítulo IV. Destacam-se ainda aspectos 
climáticos, como precipitação, vento, insolação e 
evapotranspiração. 
 
 A apresentação e análise dos resultados são expostas no 
capítulo V. Inicialmente, cada abordagem é feita em particular 
para cada solo ensaiado e continua-se a análise inter-
relacionando as abordagens e os tipos de solo. Comparam-se 
resultados de campo com os de laboratório. Este capítulo 
descreve sucintamente as metodologias dos ensaios e todo o 
procedimento é detalhado no apêndice - C. 
 
 No capítulo VI, apresenta-se um resumo das principais 
conclusões da tese e sugerem-se linhas de investigação para 
novos estudos. 
 
 
 
 
 
 
11 
 
CAPÍTULO II 
 
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
 A revisão bibliográfica está dividida em três partes. A 
primeira discorre sobre os solos não saturados com ênfase na 
variação de volume devida à inundação. Na segunda, abordam-se os 
solos colapsíveis e, na terceira, os solos expansivos. 
 
2.1. SOLOS NÃO SATURADOS 
 
2.1.1. INTRODUÇÃO 
 
 Os solos não saturados são aqueles em que os poros não 
estão completamente cheios de líquido (normalmente a água) 
havendo também a presença de gases (normalmente o ar). A 
Mecânica dos Solos tem historicamente dado ênfase especial ao 
estudo dos solos saturados, e várias razões foram encontradas 
por ALONSO et al (1987) e JOSA (1988) para a difusão desses 
estudos. Entretanto, dados de observação de campo de muitas 
décadas mostram que a variação de umidade com a profundidade, em 
climas áridos e semi-áridos, não atinge a condição de saturação. 
Nos climas em que a evapotranspiração excede a infiltração, a 
deformação volumétrica experimentada por uma camada do solo 
depende da variação de umidade e da condição de distribuição do 
ar nos vazios. Em solos compactados, amplamente utilizados em 
obras de terra e rodovias, os solos estão normalmente não 
saturados. Em outros casos, em que a precipitação pluviométrica 
induz o avanço da frente de umedecimento, pode preservar no 
perfil de umidade do solo a condição de não saturado. 
 
 A condição de não saturação pode ser encontrada em solos 
das mais diversas naturezas: em argilas expansivas de alta 
plasticidade, em solos residuais saprolíticos e lateríticos, em 
depósitos de solos aluviais, coluviais e eólicos, bem como em 
solos compactados. Alguns destes solos têm seu comportamento 
 
 
12 
típico freqüentemente relacionado à instabilidade volumétrica: 
expansão e contração em argilas expansivas, colapso em solos 
coluviais e em solos com cimentos naturais com estrutura porosa. 
O comportamento dos solos compactados é governado pela densidade 
seca, microestrutura e grau de saturação, fatores estes que 
dependem do processo de compactação. Em todos os casos, a 
história de tensão e a variação de umidade impõem uma avaliação 
para análise do seu comportamento. 
 
 Três elementos básicos constituem as fases do solo não 
saturado, YOSHIMI e OSTERBERG (1963). O sistema trifásico é 
constituído por partículas sólidas, líquidas e gasosas, que 
estão relacionadas. A fase sólida é constituída por partículas 
sólidas e água adsorvida; já a fase líquida, constituí-se pela 
água livre, pelo ar e sais dissolvidos, enquanto que a fase 
gasosa, por ar livre e por vapor d'água. Entretanto, FREDLUND e 
MORGENSTERN (1976) consideraram a interfase entre a água livre e 
o ar livre como uma quarta fase independente, por entenderem que 
esta apresenta propriedades importantes, principalmentea 
resistência à tração, chamando-a de "membrana contráctil". Em 
termos de comportamento, o solo não saturado é visto como uma 
mistura de duas fases: partículas sólidas e membrana contráctil 
e a outra, água e ar que fluem, que chegam ao equilíbrio sob a 
ação dos gradientes de tensões aplicadas. Na análise da 
resistência ao cisalhamento o efeito da "membrana contráctil" é 
considerado na sucção mátrica (matricial) e o solo como um meio 
trifásico. Do ponto de vista da relação peso-volume, o solo é 
considerado como trifásico, uma vez que o volume da "membrana 
contráctil" não é considerada e seu peso é avaliado como parte 
do peso da água. Neste trabalho o solo não saturado será 
considerado como um meio trifásico. 
 
 O grau de saturação [Sr = volume de água nos vazios x 100 
/ volume de vazios] é um importante índice físico nos estudos 
dos solos não saturados. Para baixos graus de saturação, existe 
continuidade de vazios nos solos. Quando o ar se apresenta 
concentrado em regiões isoladas dos poros, não há mais 
 
 
13 
continuidade do mesmo, chama-se esta situação de "oclusão do 
ar". BARDEN (1965) considera que a oclusão ocorre para graus de 
saturação em torno de 90%, LLORET e ALONSO (1980) e CHANG e 
DUNCAN (1983) consideram que ocorre para graus acima de 85%. A 
condição de oclusão para FREDLUND (1979) ocorre entre 85% e 90% 
e, neste caso, as teorias convencionais de solos saturados podem 
ser aplicadas, considerando o fluido intersticial como 
compressível, FREDLUND (1976). O processo de deformabilidade dos 
solos argilosos compactados foi classificado por BARDEN et al 
(1969), em função do grau de saturação, em cinco grupos. ALONSO 
e LLORET (1985) classificaram a deformabilidade dos solos não 
saturados na condição não drenada em três tipos, também em 
função do grau de saturação, figura (II.1). 
 
2.1.2. PRINCÍPIO DE TENSÃO EFETIVA APLICADO A SOLOS NÃO 
 SATURADOS 
 
 Uma definição do princípio de tensão efetiva é apresentada 
por BISHOP e BLIGHT (1963), onde a tensão efetiva é uma função 
da tensão total e da poro pressão que controla o mecanismo 
efetivo de mudança de tensão, com a mudança de volume e mudança 
da resistência ao cisalhamento. O princípio de tensão efetiva 
assegura que existe uma função (f) Eq (II.1), com determinados 
parâmetros sobre um dado conjunto de condições. 
 
 σ' = σ - Ua + f (Ua - Uw). Eq (II.1) 
 
 Para o solo saturado, o conjunto de condições que deve 
satisfazer o princípio de tensão efetiva é formulado sobre duas 
proposições, TERZAGHI (1936): 
 
i- mudança de volume e resistência ao cisalhamento do solo são 
devidos exclusivamente à mudança de tensão efetiva (resistência 
e índice de vazios são funções unívocas da tensão efetiva); 
 
ii- a tensão efetiva (σ') no solo é definida como um excesso da 
tensão total (σ) sobre a poro pressão (Uw) Eq.(II.2). 
 
 
 
15 
 σ' = σ - Uw Eq (II.2) 
 
 Possivelmente devido ao grande sucesso do princípio das 
tensões efetivas de TERZAGHI (1936) e suas comprovações 
experimentais, RENDULIC (1936), TAYLOR (1944), SKEMPTON (1953), 
muitos outros autores procuraram estender o princípio de tensão 
efetiva para o caso dos solos não saturados, apresentando 
equações para representar o comportamento do solo em termos de 
tensão efetiva, tais como: DONALD (1956), CRONEY et al (1958), 
BISHOP (1959), LAMBE (1960), AITCHISON (1961), JENNINGS (1961), 
RICHARDS (1966), AITCHISON (1973). 
 
 De todas as equações apresentadas a de BISHOP (1959) 
(Eq II.3) foi a mais discutida, possivelmente, por sua maior 
generalidade. O princípio das tensões efetivas foi expresso sob 
a forma de um conjunto de condições, que são as seguintes: 
 
i- toda medida efetiva de mudança de compressão, distorção e 
resistência ao cisalhamento é devida à mudança de tensão efetiva; 
 
ii- a tensão efetiva em um solo não saturado é definida como o 
excesso de tensão aplicada sobre a poro pressão equivalente [χ 
Uw - (1 - χ)Ua] (onde χ é um parâmetro empírico), isto é: 
 
 σ' = σ - [ χ Uw - (1 - χ) Ua ] = σ - Ua + χ (Ua - Uw) Eq.(II.3) 
 
 BISHOP e DONALD (1961) realizaram ensaios triaxiais em silte 
não saturado e testaram a validade da equação (II.3), concluindo 
que esta equação está correta e que o comportamento do solo é 
independente dos valores absolutos de σ, Uw e Ua. BISHOP e BLIGHT 
(1963) mostraram também a validade da equação (II.3), em 
ensaios de compressão triaxial em argila compactada. Variação de 
sucção, tensão desviatória e mudança de volume não são afetadas 
pela variação de σ3 e Ua , desde que σ3 - Ua permaneça constante. 
 
 
 
 
16 
 Mudança na fase líquida dos solos não saturados pode causar 
mudanças no comportamento do solo que não estão em acordo com o 
princípio de tensão efetiva proposto por BISHOP (1959). Os solos 
colapsíveis submetidos a uma determinada tensão e quando inundados 
sofrem redução de volume. Há portanto uma redução de tensão 
efetiva associada a uma redução de volume. Com base no princípio 
de tensão efetiva de BISHOP (1959), este decréscimo de tensão 
deveria ser acompanhado por um acréscimo de volume. JENNINGS e 
BURLAND (1962) realizaram ensaios em silte seco ao ar, onde a 
amostra foi submetida a um determinado nível de tensão e, após a 
inundação, procuraram manter o índice de vazios constante; para 
que isto ocorresse, era necessário haver redução na tensão 
aplicada durante a inundação. Este mesmo comportamento foi 
observado por MASWOSWE (1985), realizando ensaios edométricos com 
saturação a índice de vazios constante e mostrando, assim, que a 
equação de tensão efetiva tal como proposta por BISHOP (1959) não 
explica o comportamento do solo nestas condições. Um outro exemplo 
conflitante do princípio de tensão efetiva de BISHOP (1959) é a 
dilatação durante o cisalhamento. No caso, a amostra cresce de 
volume enquanto a tensão efetiva também aumenta. 
 
 Não há uma relação unívoca entre índice de vazios e tensão 
efetiva, quando definidas pela equação (II.3). JENNINGS e BURLAND 
(1962) verificaram que esta expressão ajusta de forma razoável o 
comportamento de solos não saturados em função do tipo de solo e 
do grau de saturação, havendo, portanto, para cada solo, um grau 
de saturação crítico a partir do qual a relação é unívoca. Para os 
solos granulares, o grau de saturação crítico é da ordem de 20%, 
para siltes de 40 a 50%, enquanto que para os solos argilosos é da 
ordem de 85%. A equação de BISHOP (1959) define uma certa tensão 
intergranular que, por não controlar o comportamento do solo, não 
pode ser considerada como efetiva, JENNINGS e BURLAND (1962). 
 
 BLIGHT (1965) e JENNINGS e BURLAND (1962) mostraram que o 
parâmetro (χ) depende de uma série de fatores: tipo de solo, grau 
de saturação, trajetória de tensões, estrutura, histerese e tipo 
 
 
 
17 
de ensaio, não podendo ser medido em uma série de ensaios e usado 
para outros tipos de ensaios ou solos. 
 
 BLIGHT (1965) propôs dois métodos de estimativa do 
parâmetro χ, um com base em ensaios de resistência ao 
cisalhamento e outro em ensaios de compressibilidade, obtendo 
valores diferentes. As críticas feitas ao parâmetro χ são mais 
significativas com respeito a mudança de volume do que ao 
comportamento de resistência ao cisalhamento. Isto é devido 
provavelmente ao fato de que, a mudança de volume é normalmente 
analisada com um incremento de tensão no processo de deformação 
contínua, enquanto dados de resistência ao cisalhamento são 
analisados normalmente no estado de ruptura, (MATYAS e 
RADHAKRISHNA 1968). 
 
 MATYAS e RADHAKRISHNA (1968) apresentaram um conjunto de 
requisitos a que deve atender de forma satisfatória a equação de 
tensão efetiva do solo: 
 
i- aos casos extremos quando o solo está completamente seco ou 
saturado; 
 
ii- o comportamento (mudançade volume e resistência ao 
cisalhamento) de um elemento do solo provocado por uma mudança de 
tensão efetiva, independe da maneira pela qual a tensão total e 
poro pressão tenham mudado; 
 
iii- a forma correta de uma equação de tensão efetiva, seria 
verificada experimentalmente. 
 
 Os autores concluem que, nos solos não saturados, é 
praticamente impossível satisfazer a todos os requisitos e o uso 
de alguma equação de tensão efetiva é necessariamente limitada em 
sua verificação experimental. 
 
 Devido à dificuldade em se obter o parâmetro χ (função), que 
possibilite definir de forma satisfatória a tensão efetiva do 
 
 
18 
solo, AITCHISON (1967) propôs que não há necessidade do 
conhecimento do parâmetro χ, desde que se conheça uma única 
trajetória da tensão para cada termo "σ" e (Ua - Uw). Com base 
nesta proposta e com o uso de novas técnicas de ensaios, 
principalmente a de translação de eixo, HILF (1956), ESCARIO 
(1969), ESCARIO e SAEZ (1973), HO e FREDLUND (1982), LLORET e 
ALONSO (1985), é possível avaliar o comportamento de mudança de 
volume e de resitência com o conceito de parâmetros e superfície 
de estado, sem a definição do valor da tensão efetiva. 
 
 MATYAS e RADHAKRISHNA (1968) propuseram um método para 
avaliar a compressibilidade de solos não saturados que usa o 
conceito de superfície de estado. BARDEN et al (1969), BRACKLEY 
(1973) e ESCARIO e SAEZ (1973) usaram a técnica de trajetória de 
tensões para caracterizar a mudança de volume, colapso e expansão 
em argilas com sucção controlada. 
 
 A técnica de trajetória de tensão não quantifica o valor da 
tensão efetiva; entretanto, é possível reproduzir as componentes 
efetivas, bem como as condições físicas do solo, permitindo um 
estudo adequado das propriedades que dependem da tensão efetiva. 
Esta técnica vem sendo utilizada por BLIGHT (1965), ESCARIO 
(1967 e 1969), AITCHISON e WOODBURN (1969), ESCARIO E SAEZ 
(1973), KANE (1973), JUSTO et al (1984), PRESA (1984),DELGADO 
(1986),SCHREINER (1988) e TOLL (1988),JUCÁ (1990). 
 
 O problema em se quantificar o valor de χ ou de uma função 
que possa representar de forma adequada o comportamento do solo 
não saturado é fundamentalmente devido à dependência do seu valor 
em relação à trajetória de tensão e conseqüentemente ao ciclo de 
secagem e molhagem (histerese). Assim, se a trajetória de tensão 
em um determinado problema é definida convenientemente, é 
possível quantificar de forma satisfatória o comportamento do 
solo, mesmo sem conhecer o real valor da variação da tensão 
efetiva que provocou a mudança de comportamento. 
 
 
 
19 
2.1.3. ESTRUTURA DOS SOLOS 
 
 A estrutura do solo é definida segundo NIKIFOROFF (1941), 
como sendo um arranjo de partículas primárias do solo e 
agregados, nos quais as forças que ligam tais partículas são mais 
intensas do que os agregados adjacentes. A estrutura é entendida 
como um agregado de partículas primárias, que são separadas de 
agregados adjacentes por superfícies de fraca resistência. 
 
 A distinção entre microestrutura e macroestrutura é 
realizada arbitrariamente, de maneira subjetiva, de acordo com a 
capacidade de ver à vista desarmada, sem uso de lentes, COLLINS 
(1985). Do ponto de vista morfológico, o que se observa no campo é 
a macroestrutura (avaliação qualitativa). 
 
 A classificação mais generalizada da macroestrutura do solo 
é a de NIKIFOROFF (1941), utilizada no Soil Survey Manual, com 
ligeiras modificações. A macroestrutura é classificada em função 
da forma, tamanho e grau de desenvolvimento de suas unidades. A 
forma define o tipo de macroestrutura, o tamanho define a classe 
da macroestrutura e o desenvolvimento, o grau da macroestrutura. 
Esta classificação é utilizada na pedologia para identificação 
das classes de solos. 
 
 COLLINS e McGOWN (1974) definiram microestrutura como 
arranjo estrutural das partículas constituintes (arranjo 
espacial, distribuição das partículas e associações de espaços 
vazios - "microfabric"), composição e forças interparticulas. 
 
 O termo "contextura" tem sido proposto por SANTOS et al 
(1991) para a tradução de "fabric", por entender que este envolve 
arranjo espacial das partículas sólidas e poros associados. O 
termo "contextura" será também utilizada neste trabalho na 
descrição das lâminas delgadas dos solos estudados. 
 
 O conhecimento da microestrutura do solo não saturado ajuda 
na compreensão do comportamento mecânico, na previsão qualitativa 
 
 
20 
dos efeitos ambientais, e ainda, controla as condições da água 
(sucção), ALONSO et al (1987). No estudo dos solos não saturados 
colapsíveis ou expansivos, que dependem do estado tensional em 
que se encontram, a microestrutura desempenha um papel 
importante. 
 
 A importância da microestrutura dos solos compactados foi 
primeiramente enfatizada por LAMBE (1958), que procurou explicar o 
comportamento de argilas compactadas em termos de diferenças de 
arranjos de partículas com microestrutura floculada e dispersa e 
da dupla camada de água adsorvida ao redor de cada partícula de 
argila. No ramo seco da curva de compactação, há uma concentração 
eletrolítica alta, com a dupla camada pouco desenvolvida, havendo 
uma tendência das partículas a formarem uma microestrutura 
floculada. Com o aumento do teor de umidade, há uma redução na 
concentração eletrolítica, com uma expansão da dupla camada e as 
partículas tendendo a se orientar, formando uma microestrutura 
dispersa. 
 
 Argilas compactadas no ramo seco da curva de compactação 
podem ser vistas esquematicamente como uma coleção de 
"aglomerados", chamados de "packets" por BRACKLEY (1975) e 
"crumbs" por SMART (1973) e POPESCU (1980), deixando grandes 
poros com baixa saturação. Nos solos com estruturas abertas, há 
uma relação fechada entre carga e deformação de colapso. 
Deformações irreversíveis com sucção constante ocorrem quando os 
"packets" deformam, seus pontos de contato quebram e os agregados 
ocupam os poros vazios. Estas mudanças são também controladas 
pela sucção, as quais mantêm uma baixa compressibilidade dos 
"packets" (devido ao efeito da absorção entre partículas de 
argila) e preservam alguma rigidez da composição da estrutura do 
solo, através do efeito capilar nos vazios "interpackets". ALONSO 
et al (1987) afirmam que colapso sob decréscimo de sucção 
envolve, basicamente, o mesmo mecanismo microestrutural, 
mantendo-se a carga externa constante. 
 
 MITCHELL (1976) mostrou que solos expansivos compactados 
 
 
21 
com estrutura floculada são comumente mais expansivos do que os de 
estrutura dispersa. Mostrou, ainda, a influência da estrutura no 
comportamento geomecânico dos solos. 
 
 Através de microscopia eletrônica de varredura de solos 
naturais, McGOWN e COLLINS (1975) e COLLINS (1985) propuseram uma 
classificação das formas microestruturais dos solos. A descrição 
da microestrutura está baseada em três tipos de forma: 
"Elementary particle arrangements", partículas elementares de 
argila, silte ou partículas do tamanho de areia ou grupos do 
tamanho de argila; "Particles asseblages", argilas ou partículas 
elementares granulares que se arranjam formando agregados; 
"Composite", arranjos de partículas elementares se combinam para 
formar uma reunião de partículas, estas individualmente se 
associando e se combinando de várias maneiras para formar a 
"Composite microfabric". Nos solos colapsíveis, predominam mais 
arranjos de partículas granulares cobertas por partículas de 
argilas ou agentes cimentantes. Nos solos expansivos, predominam 
arranjos elementares de partículas com lâminas mais ou menos 
paralelas. 
 
 A micromorfologia é uma disciplina da Ciência dos Solos que 
investiga amostras indeformadas procurando identificar e 
descrever os constituintes e falhas (tamanho, forma e arranjo), 
utilizando métodosestereoscópicos e microscópicos petrográficos. 
Nos últimos trinta anos, houve um grande progresso na 
micromorfologia e nos estudos de microscopia dos solos. Os 
trabalhos de BREWER (1964) e BULLOK et al (1985) facilitaram a 
descrição detalhada e significativa dos solos e estimularam o 
interesse pela micromorfologia dos solos. 
 
 Muitos solos compactados e naturais apresentam um 
comportamento associado de colapso e expansão quando inundados. 
Sob uma carga externa não significativa e sob inundação, ocorre 
expansão no arranjo de partículas elementares localizadas dentro 
dos agregados; isto tende a manter a estrutura original. À medida 
que a tensão externa cresce, quebram-se os vínculos, ocorrem 
 
 
22 
deslocamentos nos contatos entre as partículas e deformam-se os 
agregados, e os poros vazios entre os agregados e entre os grãos 
são ocupados por grãos de areia. 
 
 O comportamento de expansão dos poros é menos dependente da 
forma da microestrutura, desde que isto ocorra dentro dos 
arranjos básicos das partículas. A ligação entre a expansão e a 
carga externa não depende significativamente da forma de 
organização dos arranjos das partículas, mas é diretamente 
influenciada pela tensão de expansão desenvolvida entre plaquetas 
(lâminas) de argila. 
 
 CASAGRANDE (1932) apresentou de forma esquemática a 
microestrutura de um solo colapsível (silte argiloso), 
previamente carregado antes de ser inundado e após a inundação, 
figura (II.2). 
 
 
 Um minucioso estudo empregando microscopia eletrônica de 
varredura foi realizado por COLLINS e McGOWN (1974). Estes 
confirmaram a presença de vínculos de argila na estrutura de 
vários solos de natureza colapsível, assegurando que a estrutura 
é muito mais complexa do que se supunha anteriormente, e 
afirmaram que altos potenciais de colapso devem estar associados 
aos grandes poros dentro dos agregados de partículas e entre as 
diversas aglutinações dessas partículas. 
 
 
23 
 
 DUDLEY (1970) e CLEMENCE e FINBARR (1981), propuseram uma 
série de modelos para solos de estrutura instável, figura (II.3). 
Nas duas primeiras, figuras (II.3a e 3b), os arranjos dos grãos de 
areia foram mantidos por tensão capilar, atuando nos contatos 
areia-areia, areia-silte e silte-silte. Partículas de areias com 
vínculos de argilas dispersas são mostradas na figura (II.3c); 
estas argilas podem ser formadas no local por antigênese ou podem 
ser transportadas. Os grãos de areia estão revestidos por uma 
fina camada de argila que sob baixo teor de umidade apresenta 
elevada resistência. A figura (II.3d) apresenta uma estrutura 
onde os grãos de areia estão ligados por partículas de argila 
floculada, os grãos maiores sendo mantidos no local por 
contrafortes formados de argilas e/ou tensões capilares. Um outro 
tipo de estrutura é apresentado na figura (II.3e), onde os grãos 
de areia estão com vínculos de argilas resultantes de corrida de 
lama. O último arranjo estrutural figura (II.3f), os agregados de 
argilas formam grãos que se conectam entre si por pontes de 
argila, que também encontram-se ligadas a grãos de siltes e 
argilas. 
 
 BENVENUTO (1982), analisando amostras de solos do município 
 
 
24 
de Manga-MG, em microscópio eletrônico de varredura ("scanning ou 
stereoscan"), observou, de uma maneira geral, estrutura porosa de 
solos, grãos de areias, siltes e argilas, conglomerados de 
partículas formando pontes. Destacou ainda uma amostra em que foi 
obtida a estrutura antes e após o ensaio de colapso. Notou que há 
um fechamento da estrutura do solo, devido à tensão aplicada de 
106 kPa e posterior inundação, apesar das operações de preparação 
(alívio de tensões, secagem, corte e vácuo) a que foi submetido 
o corpo de prova. 
 
 MENDONÇA (1990) realizou ensaios de microscopia eletrônica 
em solos colapsíveis da região de Bom Jesus da Lapa - BA, onde 
constatou que as partículas maiores não se conectam diretamente, 
mas por meio de partículas menores, possivelmente de argila e/ou 
silte. 
 
 
2.1.4. MINERAIS ARGÍLICOS E INTERAÇÃO ÁGUA - ARGILA 
 
2.1.4.1. Minerais argílicos 
 
 A mudança de volume dos solos devida à variação de 
aplicação da tensão externa ou sucção é governada primariamente 
pela presença da água nos bordos das partículas sólidas dos 
argilos minerais. O comportamento ativo do solo é dos minerais 
argílicos sendo o estudo de suas propriedades de grande 
importância para o entendimento do seu comportamento. 
 
 Os minerais argílicos são compostos de duas unidades 
cristalográficas, constituídas por alternância das camadas 
tetraédricas de sílica (átomo de silício centrado em quatro 
átomos de oxigênio) e octaédricas de alumina (um átomo de 
alumínio centrado em seis de oxigênio). Às vezes, o silício toma 
parte também dos tetraedros e o magnésio ou o ferro dos 
octaedros, resultando num equilíbrio elétrico global. A 
semelhança entre as duas unidades permite que se combinem, 
compartilhando átomos de oxigênios (em ocasiões substituídos por 
 
 
25 
grupos hidroxilas). A seqüência repetitiva das capas determina o 
grupo do mineral argílico. Por outro lado, existem, às vezes, 
substâncias na rede cristalina que, embora introduzindo 
deformações, mantêm sua forma (substituições isomórficas), que 
alteram o equilíbrio elétrico do cristal. Dentro dos grupos 
estruturais, o tipo e/ou proporções, a substituição isomórfica é 
diferente para cada espécie mineralógica. As combinações entre as 
distintas possibilidades determinam o significativo número de 
espécies mineralógicas existentes, LAMBE e WHITMAN (1969). 
 
 A carga negativa induzida na rede cristalográfica da argila 
pelas substituições isomórficas tende a ser compensada pela 
adsorção de cátions. Estes cátions, às vezes, não são fortemente 
adsorvidos e podem ser substituídos. A capacidade de troca depende 
da espécie mineralógica, sendo mínima na caolinita e alcançando 
valores máximos entre as esmectitas. O tipo de cátion de troca 
condiciona também a capacidade expansiva. Esta é máxima para o 
lítio e o sódio e mínima para o cálcio e o magnésio. 
 
 GRIM (1962) resume os valores típicos de inchamento para 
alguns minerais argilosos: 
 
 Mineral de argila % de inchamento livre 
 Montmorilonita - Na 1400 a 2000 
 Montmorilonita - Ca 45 a 145 
 Vermiculita variável 
 Clorita variável 
 Ilita 60 a 120 
 Caolinita 6 a 60 
 
 Entre os minerais argilosos de unidades cristalográficas 
(sílica/alumina/sílica) com elevada capacidade para a troca de 
cátions, tem o máximo interesse, por sua freqüente presença em 
alguns solos argilosos, a montmorilonita. Todos os minerais de 
unidades cristalográficas do tipo sílica/alumina/sílica têm 
propriedades expansivas, exceto a ilita, que só manifesta 
sensibilidade à água em condições de extrema degradação. Os 
 
 
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minerais de unidades cristalográficas do tipo sílica/alumina não 
apresentam propriedades expansivas, exceto a haloisita. Esta 
característica se atribui ao fato de que as uniões 
intracristalinas se estabelecem não diretamente, mas através de 
uma capa de moléculas de água, o que as enfraquece. 
 
2.1.4.2. Propriedade de engenharia da dupla camada 
 
 Todos os minerais argílicos têm camadas de silicatos e 
trocam cátions; assim, é razoável esperar que as interações com 
a água sejam similares. LAMBE (1958) mostra que o volume de água 
na montmorilonita é cerca de 40 vezes o volume de partículas 
sólidas para uma espessura de dupla camada de 200 A e o volume de 
água da caolinita é somente 0,8 vezes o volume de partículas 
sólidas. Isto indica um potencial