Compactação de solos

A compactação de solos consiste no procedimento de melhorar as propriedades do terreno através de processos manuais ou mecânicos.

Geralmente, um solo quando é transportado e aterrado está num estado relativamente fofo e heterogêneo e, portanto, pouco resistente e muito deformável. Os procedimentos de compactação visam fornecer ao solo melhorias destes aspectos.

A compactação é um processo que visa melhorar as propriedades do solo através da redução dos seus vazios pela aplicação de pressão, impacto ou vibração. Além disso, esse processo torna o maciço mais homogêneo. Esta operação resulta no aumento do peso específico aparente do solo.

Com a diminuição dos vazios do solo, espera-se uma redução da variação dos teores de umidade, da compressibilidade e da permeabilidade e um aumento da resistência ao cisalhamento e à erosão.

Os estudos geotécnicos de compactação tiveram início com a teoria de compactação desenvolvida por Ralph Proctor. Em 1933, divulgou seu método de controle de compactação e concluiu que a densidade com que um solo é compactado, sob uma determinada energia de compactação, depende do teor de umidade do solo.

A compactação dos solos é geralmente representada em um gráfico da variação do peso específico aparente seco (γd) versus o teor de umidade (w) correspondente durante o processo de compactação.

Curva de Compactação

O ramo ascendente da curva de compactação é denominado ramo seco e o ramo descendente de ramo úmido. No ramo ascendente, a água lubrifica as partículas e facilita o arranjo destas, ocorrendo, por esta razão, o acréscimo da massa específica aparente seca. Já no ramo descendente, a água amortiza a compactação e a amostra passa a ter mais água que sólidos, levando a um decréscimo da massa específica aparente seca.

Durante o processo de compactação dos solos, o teor em água no solo mantém-se praticamente constante, sendo esta característica freqüentemente referida como a principal diferença entre a compactação e a consolidação de solos.

Diferenças entre Compactação e Consolidação

A compactação é um processo adquirido através da redução do volume de vazios, ou ar, entre as partículas do solo. Já na consolidação, que também é um processo que se deseja a redução do índice de vazios e da compressibilidade dos solos, ocorre a  expulsão da fase líquida, havendo alteração do teor de água dos solos.

A consolidação está  associada a processos relativamente lentos, provocados pela atuação de uma solicitação estática e contínua, que dá origem à aproximação progressiva das partículas, ao mesmo tempo em que se verifica o escoamento (expulsão) da fase líquida. Já a compactação é geralmente entendida como um processo rápido, com a aplicação de cargas variáveis no tempo por uma ação mecânica, através do qual se procura alterar a estrutura do solo de forma a criar uma nova disposição das partículas. Na compactação o teor de umidade mantem-se constante.

Energia de Compactação

Chama-se energia ou esforço de compactação (Ec) o trabalho realizado durante o processo de compactação de uma amostra de solo de volume final V. Considere um soquete de massa (M) caindo (n) vezes de uma altura (H) sobre a amostra de solo, logo, a energia de compactação por camadas é:

Ec = M.H.N.Nc/ V

Onde:

• Ec = energia de compactação
• M = massa do soquete
• H = altura de queda do soquete
• N = número de golpes por camada
• Nc = número de camadas
• V = volume da amostra

Compactação em laboratório

Ensaio Proctor Normal

O ensaio Proctor Normal utiliza o cilindro de 10 cm de diâmetro, altura de 12,73cm e volume de 1.000cm3 é submetida a 26 golpes de um soquete com massa de 2,5Kg e caindo de 30,5cm. Corresponde ao efeito de compactação com os equipamentos convencionais de campo.

Ensaio Modificado

O ensaio Modificado utiliza o cilindro de 15,24 cm de diâmetro, 11,43 cm de altura, 2.085 cm3 de volume, peso do soquete de 4,536 kg e altura de queda de 45,7 cm aplicando-se 55 golpes por camada. É utilizado nas camadas mais importantes do pavimento, para os quais a melhoria das propriedades do solo, justifica o emprego de uma maior energia de compactação.

Ensaio Intermediário

O ensaio denominado Intermediário difere do modificado só pelo número de golpes por camada que corresponde a 26 golpes por camada, sendo aplicado nas camadas intermediárias do pavimento.

Com os resultados obtidos no ensaio de compactação são efetuados cálculos para a determinação do peso específico aparente seco (γd) e a determinação da curva de saturação.

O peso específico aparente seco é dado pela fórmula:

Fórmula: Cálculo do peso específico aparente seco

Onde:

• γd = peso específico aparente seco, em g/cm³;
• Ph = peso úmido do solo compactado, em g;
• V = volume útil do molde cilíndrico (interno), em cm³;
• W = teor de umidade do solo compactado em %.

Para determinação da curva de saturação de um solo, utiliza-se a fórmula:

Fórmula: Determinação da curva de saturação

Onde:

• γd = peso específico aparente seco, em g/cm³;
• Sr = grau de saturação, considerado igual a 100%;
• w = teor de umidade em %;
• γw = peso específico da água, considerado igual a 1,0 g/cm³;
• γg = peso específico dos grãos do solo, em g/cm³).

Compactação no campo

Os princípios que regem a compactação no campo são semelhantes aos de laboratório. Assim, os valores de peso específico seco máximo  são fundamentalmente obtidos em função do tipo do solo, da quantidade de água utilizada e da energia específica aplicada pelo equipamento que será utilizado, a qual depende do tipo e peso do equipamento e do número de passadas sucessivas aplicadas. As curvas de compactação para os equipamentos e o número de passadas, desempenham o mesmo papel que o número de golpes de soquete em laboratório.

Para um dado equipamento, a energia de compactação é diretamente proporcional ao número de passadas e inversamente proporcional à espessura da camada compactada.

Na compactação de campo, diz-se que houve uma passada do equipamento quando este executou uma viagem de ida e volta, em qualquer extensão, na área correspondente a sua largura de compactação.