capilaridade dos solos

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MECÂNICA 
DOS SOLOS
Cleber 
Floriano
 
Capilaridade dos solos
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Aprender o conceito de tensão superficial.
 � Entender o efeito de menisco capilar no interior do solo.
 � Compreender o fenômeno da capilaridade nos solos.
Introdução
Neste texto, você vai estudar fenômenos importantes que ocorrem 
no solo em presença da água e de suas propriedades particulares ao 
interagir quimicamente com as partículas de solo. Você estudará a 
tensão superficial da água e também sobre meniscos capilares de 
forma a entender como a presença da água afeta as condições físicas 
do solo.
Comportamento da água no solo
A água pode subir sem que tenhamos algum motor para puxá-la para cima? 
Pode parecer estranho à primeira vista, mas a resposta é sim! Isso acontece e 
está relacionado a um fenômeno natural que ocorre com os líquidos situados 
em pequenos canais chamado de capilares. 
Antes de você se familiarizar com o efeito físico, vai conhecer um pouco 
sobre esse fundamental composto químico que se chama água e a relação dele 
com o solo.
A água é um dos mais simples compostos químicos do planeta. Não é neces-
sário citar que é um componente vital para a natureza. Lembrar desse líquido 
já nos faz sentir sede! A água, com suas propriedades, influencia aspectos quí-
micos, físicos e biológicos no solo. Carrega íons capazes de modificar estru-
turas químicas, proporcionam plasticidade às argilas, possibilitam a nutrição 
de vegetais, etc. As interações solo-água determinam suas taxas de perda por 
lixiviação, escoamento superficial e evapotranspiração, bem como o equilíbrio 
entre o ar e a água nos poros do solo, a taxa de mudança na temperatura solo, a 
taxa e o tipo de organismos no solo. Como você pode notar, a água proporciona a 
vida orgânica e modifica o inorgânico; nesse contexto, você pode inserir o solo.
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Essa capacidade da água de influenciar as propriedades do solo é deter-
minada de modo fundamental pelo tipo de estrutura da molécula da água. A 
estrutura química de que estamos falando é também responsável pelo fato de 
a água estar presente no planeta muito mais na forma líquida e não na gasosa. 
Talvez você saiba que apenas dois compostos sem carbono na sua estrutura 
permanecem em estado líquido nas condições normais de pressão e tempera-
tura na natureza. Um deles é o metal mercúrio e o outro a água.
A água apresenta uma composição simples de dois átomos de hidrogênio 
ligados a um de oxigênio de forma covalente, ou seja, cada átomo de hidro-
gênio compartilha seu único elétron com o de oxigênio e é assim que esse 
composto se apresenta na natureza.
Cabe destacar que a composição química da água é polarizada, ou seja, 
os átomos de hidrogênio em vez de se alinharem simetricamente, estão li-
gados ao oxigênio em forma de V, formando um ângulo de 105°. Assim, o 
lado em que os átomos de hidrogênio se situam ficam com carga positiva e o 
lado oposto, carga negativa. Isso também justifica a grande presença de íons 
e coloides conectados quimicamente à estrutura química da água, como os 
cátions: H+, Na+, K+ e Ca+. Você já viu também o exemplo das partículas de 
argila que são carregadas negativamente, com as quais a água tem uma afini-
dade bastante grande dependendo do argilomineral (caulinita ou esmectita). 
A reação de dissolução de algumas rochas calcárias também consta de um 
exemplo em que água é fundamental na transformação da matéria, neste caso, 
a atração dos componentes iônicos são maiores do que as forças de atração 
interna do composto formador da rocha. 
Pontes de hidrogênio
A água permanece aderida em sua própria estrutura, ou seja, coesa, pela 
existência do fenômeno de pontes de hidrogênio. Nessa conexão química, um 
dos átomos de hidrogênio de uma molécula de água é atraído pelo oxigênio 
de uma molécula de água vizinha, formando uma ligação de baixa energia 
entre essas duas moléculas. Esse tipo de ligação é responsável pela polime-
rização da água. 
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Coesão, adesão e tensão superficial
O fenômeno da ligação de hidrogênio explica as duas forças básicas respon-
sáveis pela retenção e movimento da água nos solos: a atração das moléculas 
de água umas pelas outras (chamada de coesão) e a atração das moléculas 
de água por superfícies sólidas (chamada de adesão). Algumas moléculas de 
água são retidas rigidamente nas superfícies dos sólidos do solo por adesão, 
e isso é chamado de água adsorvida. Por sua vez, essa molécula de água for-
temente ligadas se unem, por coesão a outras moléculas de água mais dis-
tantes da superfície sólida, como pode ser observado na Figura 1. As forças de 
adesão e coesão no solo possibilitam que os sólidos do solo retenham e con-
trolem o seu uso e movimento. A adesão e a coesão também tornam possível a 
plasticidade, que é uma das principais características das argilas.
Não se esqueça de que, ao observar a massa de solo, existe coesão entre 
moléculas de água internamente nos poros e adesão entre a água dos poros 
e as partículas sólidas. Com esse conjunto de forças, você tem na massa de 
solo a chamada coesão aparente. Que nada mais é do que coação interna que 
deixa o solo mais resistente. Esta é aparente, pois uma vez que a água deixa 
de atuar com sua coesão e adesão interna, a massa de solo modifica a sua 
estrutura, resistência e estado.
Figura 1. Pontes de hidrogênio formando coesão en-
tre moléculas de água e adesão entre superfície da par-
tícula de solo e a água.
Fonte: Brady e Weil (2013).
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A tensão superficial é outra propriedade importante da água que influencia 
significativamente seu comportamento no solo. Nas interfaces líquido-ar, a tensão 
superficial decorre do fato de as moléculas de água terem uma maior atração entre 
si (coesão) do que pelo ar. O efeito disso é uma força dirigida da superfície da 
água para o seu interior, o que faz com que ela se comporte como se a superfície 
fosse coberta com uma membrana elástica esticada como podemos ver na Figura 
2 (como um clips metálico pode permanecer sobre a superfície da água?). Devido 
à elevada atração relativa das moléculas de água umas pelas outras, a água passa 
a ter também uma elevada tensão superficial, correspondente a 0,073 N/m² a uma 
temperatura de 25°C, se comparada com a maioria dos demais líquidos, como por 
exemplo o etanol, onde a tensão superficial é de 0,022 N/m². Embora essa tensão 
superficial seja muito menor que a do único metal líquido, o mercúrio que é de 
0,4855 N/m². Por esse motivo, a tensão superficial é um fator importante para o 
fenômeno da capilaridade, que determina como a água interage com o solo.
Figura 2. Efeito de película da água por conta da tensão superficial.
Fonte: Shutterstock
Pense que você é um astronauta no espaço, ou seja, na condição de ausência de gra-
vidade. Você nota que dentro de seu ônibus espacial afastado de gravitações, a água 
assume a forma de uma esfera devido às forças de coesão das moléculas do volume 
líquido. Com muito cuidado com a bola, lá você poderia criar uma nova modalidade es-
portiva. O vencedor seria aquele que colocasse em maior aceleração a massa de água es-
férica sem que as pontes de hidrogênio que ligam as moléculas de água se rompessem.
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Capilaridade
Vejamos por que a água sobe quando encontra canalículos. Para isso ob-
serve um tubo fino de vidro inserido em um reservatório, como na Figura 3. 
O tudo deve ser fino o suficiente para provocar o fenômeno de capilaridade. 
Nesse caso, a água sobe pela cavidade e forma em uma determinada posição 
uma superfície curva esférica e intercepta as paredes com um ângulo que 
depende das propriedades do material do tubo.
A altura da ascensão capilar pode ser determinadaigualando-se o peso 
da água no tubo com a resultante da tensão superficial que a mantém nessa 
posição acima do nível d’água livre. Sendo assim:
Onde:
 � , é o peso de água no tubo;
 � , é o raio interno do tubo;
 � , é o peso específico da água;
 � , é a tensão superficial atuando em toda a superfície de contato entre 
água e tubo;
 � , é a força capilar.
Portanto, a altura de ascensão capilar pode ser determinada por:
Uma simplificação da equação para capilares de água pode ser dada pela 
formulação a segui, onde você obtém o resultado em centímetros (cm):
Note que essa pressão de ascensão capilar é uma pressão de água negativa 
quando vista de forma relativa, já que tomamos a pressão atmosférica como 
referência. Mas você deve observar essa pressão em termos de pressão absoluta. 
Veja que o cálculo da pressão de água no interior do solo é dado por peso es-
pecífico da água multiplicado pela profundidade. Ora, se esse valor é um valor 
de pressão de água positivo, significa que a pressão capilar é negativa? A água 
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está sofrendo tração? Não. Em verdade, ocorre um equilíbrio de forças junto ao 
menisco capilar, onde a diferença de tensão é suportada pela tensão superficial, 
como podemos ver na Figura 3. Portanto, a tensão negativa é relativa e não 
absoluta (a absoluta inclui a tensão atmosférica), mas será útil na definição de 
tensão efetiva, pois veremos que a água quando não está em um menisco capilar 
causa pressão neutra, também chamada de poro-pressão, reduzindo a pressão 
de contato entre grãos do solo. Mas isso é um assunto para uma próxima aula.
Figura 3. Fenômeno de ascensão capilar em um tubo de vidro.
A ascensão capilar da água é um fenômeno que ocorre em todas as partículas porosas. 
Note que antes de iniciar uma obra de engenharia, você deve fazer a impermeabilização 
das vigas de baldrame e das fundações, pois a água livre no solo, quando existente, pe-
netra nos poros dos materiais da edificação e ascende em direção às paredes. Muitas 
casas não impermeabilizadas sofrem constantemente com esse problema que acaba se 
tornando bastante complicado para ser resolvido quando não previamente observado.
É importante destacar que, como a altura de ascensão capilar é inversamente 
proporcional ao raio do capilar, e, também, a densidade do líquido é diretamente 
proporcional à tensão superficial do líquido e ao grau de atração adesiva ao 
tubo capilar (ou vazios do solo), você observa que quanto menor o diâmetro do 
tubo maior será a altura de ascensão capilar quando líquido é a água, o que não 
ocorre com o mercúrio como mostrado no exemplo da Figura 4. 
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No caso da água no frasco de vidro, as forças de adesão entre as molé-
culas da água e a parede são maiores que as de coesão na própria água. Daí a 
tendência de a água aderir no vidro, curvando-se para cima na proximidade 
da parede, formando um menisco côncavo. No caso do mercúrio, as forças de 
coesão entre suas moléculas são maiores que as de adesão entre mercúrio e 
vidro. Assim, a tendência do mercúrio é de se afastar da parede, formando um 
menisco convexo. Quando ao comportamento do mercúrio, você pode notar 
que neste líquido não ocorre ascensão capilar e sim depressão capilar.
Pelas equações da altura capilar acima (válida para as condições expostas), 
você pode verificar que um tubo com 1 mm de diâmetro a água sobe 3 cm. 
Para um outro tubo com 0,1 mm a água ascende 30 cm e se esse tubo tiver 
0,01 mm (diâmetro de uma partícula de silte), a ascensão capilar chega a 3 m.
Figura 4. Fenômeno de ascensão capilar em um tubo de vidro.
Fonte: Shutterstock
Vetor
Ocorre a elevação da água Ocorre a compressão do mercúrio
Capilaridade no solo
Analise agora a Figura 5 como referência. Observe que a figura apresenta o 
movimento capilar ascendente da água através de tubos com raios internos 
diferentes e em solos com diferentes tamanhos de poros. 
A equação capilar pode ser representada graficamente para mostrar que a 
altura de ascensão duplica quando o raio interno do tubo é reduzido pela metade. 
Essa relação pode ser demonstrada usando-se tubos de vidro de diferentes raios. 
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O mesmo princípio também correlaciona tamanhos de poros em um solo 
com a altura da ascensão capilar, mas a elevação da água no solo é bastante 
desordenada e irregular por causa da forma tortuosa e variável do tamanho 
dos poros do solo (bem como a ocorrência de bolsões de ar aprisionados). Os 
solos vão apresentar porosidade intragranular, ou seja, espaços entre grãos e 
também intergranular, ou seja, conexão entre poros. 
Quanto mais fina for a textura do solo, maior será a proporção de poros 
muito pequenos e, portanto, maior será a ascensão total de água acima de um 
lençol freático livre. No entanto, a velocidade de ascensão capilar é direta-
mente proporcional ao tamanho do capilar, assim a velocidade é mais lenta em 
solos argilosos do que nos solos arenosos. 
Figura 5. Movimento capilar ascendente em tubos correlacionado com as condições 
do solo.
Fonte: Brady e Weil (2013).
O efeito da sucção nos solos é refletido macroscopicamente como uma coesão apa-
rente. Chamamos essa coesão de aparente, porque basta que o solo sofra saturação 
(preenchimento com água dos vazios), e essa força coesiva desaparecerá. 
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Efeitos da capilaridade nos solos
A Figura 6 mostra um perfil típico de um solo qualquer. Você pode considerar 
que consta de um solo com tamanho de partículas varáveis e com porosidade 
média. Pela figura observa-se duas zonas, uma representada pelo solo satu-
rado (zona saturada) abaixo do nível d’água (NA) e a outra, representada pela 
zona capilar. Os gráficos ao lado do perfil do solo simulam duas condições:
a. Elevação: condição em que ocorrerá elevação (ascensão) capilar por 
conta de uma posição fixa do nível freático. Neste caso, a água as-
cende pelos poros do solo e sobe até uma posição possível (limite de 
ascensão) a depender das condições de ligação dos poros e também de 
suas dimensões. Isso, portanto, está associado ao tamanho das partí-
culas e da interligação que forma os microcanais intergranulares. 
b. Rebaixamento: trata-se de uma condição em que o nível d’água es-
tava na posição do nível do terreno (NT) e de repente sofre um rebai-
xamento até a posição do nível NA. Nessas condições, você percebe 
que ocorrerá a mesma zona de ação da capilaridade que no caso da 
elevação capilar, mas as pressões capilares suportam um limite, a de-
pender da característica do solo, chegando a um determinado estado 
onde ocorrerá a ruptura da coluna de água (conexão intergranular das 
moléculas de água). Isso significa que o nível da água baixou mais 
do que a tensão superficial é capaz de sustentar, ou seja, ultrapassou 
a altura de ascensão capilar (hc). Na posição de meniscos capilares 
isolados, portanto, você nota o efeito de sucção dos solos, pois a água 
nessa posição encontra-se adsorvida nas partículas, causando uma 
pressão efetiva positiva, o que vale dizer que os meniscos capilares 
fazem sucção entre as partículas solidas. 
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Figura 6. Movimento capilar ascendente em tubos correlacionado com as condições do solo. 
Zona capilar
RebaixamentoElevação
Grau de saturação (%)
Zona saturada
Limite da ascensão
Meniscos capilares isolados 
Ação da 
capilaridade
NA
NT
100
Você pode ver o fenômeno de sucção nos solos macroscopicamente. Quando ocorre 
a saturação de solos com água independente em suas partículas, ocorre queda de re-
sistência. Você já deve ter escutado diversas vezes a expressão “queda de barreiras”. No 
Brasil, existem diversos tipos de solos residuais com esse comportamento dependente 
da sucção.Quando ocorrem chuvas intensas, o solo satura e a sua resistência despenca 
por conta da perda da sucção. 
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1. A capilaridade é um fenômeno que 
ocorre somente:
a) nos solos secos.
b) nos solos saturados.
c) em qualquer tipo de solo desde 
que tenha condicionantes para a 
ocorrência.
d) em qualquer tipo de solo desde 
que esteja saturado com água.
e) não acorre nos solos é simples-
mente aparente.
2. A altura de ascensão capilar em um 
determinado tipo de solo, será maior:
a) quanto maior for os grãos deste 
solo.
b) quanto menor for os grãos deste 
solo e que estes tenham porosi-
dade intergranular.
c) quanto menor for os grãos deste 
solo, mas que tenham somente 
porosidade intragranular.
d) quando este solo tiver mais partí-
culas de areia do que de argila.
e) quando este solo tiver mais 
pedregulhos.
3. Um determinado tipo de solo 
demonstrou um nível freático a uma 
profundidade de 1,60 m. No entanto, 
ao escavar este solo, logo percebeu-
-se umidade a 10 cm da superfície. 
Qual deve ser aproximadamente o 
raio capilar intergranular deste solo?
a) 0,01 mm.
b) 0,02 mm
c) 0,1 mm.
d) 0,2 mm.
e) 1 mm.
4. A capilaridade proporciona ao 
solo propriedades importantes. Da 
existência de meniscos capilares nos 
poros de um solo, podemos dizer 
que esse solo:
a) não apresenta coesão.
b) apresenta coesão permanente.
c) apresenta coesão por cimentação 
química.
d) não apresenta contato entre 
grãos.
e) apresenta coesão aparente.
5. A sucção é um efeito da presença 
de meniscos capilares nos poros do 
solo, proporcionando coesão a massa 
como um todo. Em qual situação 
prática poderíamos contar com esta 
coesão?
a) Somente em escavações rápidas 
e temporárias em clima não 
chuvoso.
b) Em qualquer situação.
c) Nunca devemos contar com este 
tipo de coesão.
d) Somente em situações de esca-
vações profundas e verticais para 
obras permanentes.
e) Somente em situações de obras 
de baixo valor.
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BRADY, N.; WEIL, R. Elementos da natureza e propriedades dos solos. 3. ed. Porto Alegre: 
Bookman, 2013.
ÇENGEL, Y. A.; CIMBALA, J. M. Mecânica dos fluidos: fundamentos e aplicações. 3. ed. 
Porto Alegre : McGraw-Hill, 2015.
PINTO, C. S. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 2. ed. São Paulo: Oficina de 
Textos, 2012.
Leitura recomendada
BRADY, N.; WEIL, R. Elementos da natureza e propriedades dos solos. 3. ed. Porto Alegre: 
Bookman, 2013.
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