Compactação dos solos: Conceito

Entende-se por compactação dos solos a redução rápida do índice de vazios por meio de processos mecânicos, face à compressão ou expulsão do ar dos poros

À medida que se adiciona água, as tensões capilares diminuem e, consequentemente, os grumos amolecem e se desmancham, levando o solo, após compactação, a uma estrutura dispersa. (Imagem: Satel Terraplenagem)

Em fins da década de 1930, Porter, da California Division of Highways, desenvolveu um ensaio para determinar a densidade seca máxima e a umidade ótima de solos para fins rodoviários.

Para ele, o resultado da compactação era a redução do volume de ar, o que se consegue até um ponto, a partir do qual a água adicionada passa a ocupar mais volume, sem conseguir expulsar totalmente o ar. Foi o engenheiro Ralph Proctor, no entanto, quem padronizou esse ensaio por volta de 1933, divulgando o fato.

Atualmente, não só o ensaio de compactação leva o nome de Proctor: também a curva resultante, densidade aparente seca em função do teor da umidade, é conhecida como curva de Proctor. Essa curva, como se sabe, atinge um pico, ao qual estão associados um teor de umidade ótima e uma densidade seca máxima.

A primeira explicação para o formato da curva, para solos finos, envolve o conceito de lubrificação. No ramo seco (abaixo do teor de umidade ótima), à medida que se adiciona água, ocorre um efeito de lubrificação, o que possibilita uma maior aproximação das partículas de solo. No ramo úmido (acima do teor de umidade ótima), a água passa a existir em excesso, o que provoca um afastamento das partículas de solo e a consequente diminuição da densidade.

Os estudos de Físico-Química e da Química Coloidal permitiram um aprofundamento da interpretação física do formato da curva, no caso dos solos finos. Foi ainda o engenheiro geotécnico Thomas William Lambe (1958a,b) quem, estabelecendo os conceitos básicos, conseguiu sintetizar as informações e conhecimentos disponíveis de forma dispersa sobre o comportamento de solos compactados.

Esses conceitos foram posteriormente utilizados para explicar a influência do tipo de compactação na estrutura e comportamento de solos compactados. Para Lambe (1958a,b), com baixos teores de umidade (ramo seco), a concentração eletrolítica é elevada, o que propicia a predominância das forças atrativas, do tipo da de Van der Waals, e o solo flocula. Adicionando-se água, aquela concentração diminui, o que permite a expansão da camada dupla, com um aumento das forças repulsivas e uma diminuição das atrativas.

Reportando-se à Fig. 7.1, quando se vai de A para B ocorre uma redução do grau de floculação, o que permite um rearranjo das partículas com aumento da densidade. Pode-se até reinterpretar o termo lubrificação, que passaria a significar o deslizamento das partículas em relação a outras a elas adjacentes, que se “tocam” através das camadas duplas, deslizamento este facilitado pelo aumento das forças repulsivas, embora preponderem ainda as forças atrativas.

Fig 7.1 – Compactação e estrutura do solo. Fonte – Adaptado por Lambe (1958). Imagem retirada do livro Elementos de fundações em concreto (Todos os direitos reservados à Ed. Oficina de Textos)

As partículas se arranjam numa estrutura mais densa. Quando se vai de B para C, as forças repulsivas começam a superar as atrativas, propiciando a formação de uma estrutura mais dispersa, com uma maior orientação das partículas. A densidade diminui porque a água dilui a concentração de partículas de solo por unidade de volume. Aumentos da energia tendem a orientar as partículas, tornando as estruturas mais dispersas, mesmo no ramo seco.

Essas e outras explicações são discutidas detalhadamente por Hilf (1975), autor que julga mais apropriada a explicação baseada na macroestrutura de solos não saturados e utiliza o conceito de grumos, ou clusters, ou ainda agregações. A conjectura é que, no ramo seco, sendo o teor de umidade e o grau de saturação baixos, surgem tensões capilares no solo, que propiciam a formação dos grumos, os quais não se desfazem na compactação, imprimindo ao solo uma estrutura floculada.

Quanto mais seco o solo, mais duros seriam os grumos. À medida que se adiciona água, as tensões capilares diminuem e, consequentemente, os grumos amolecem e se desmancham, levando o solo, após compactação, a uma estrutura dispersa.


Tudo a ver

Em Elementos de fundações em concreto, o engenheiro e professor João Carlos de Campos detalha e exemplifica os cálculos estruturais, e também discute as características e as aplicações de fundações em concreto armado.