Entende-se por compactação dos solos a redução rápida do índice de vazios por meio de processos mecânicos, em face da 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, tornando os solos, após a compactação, uma estrutura dispersa (Fonte: 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 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, 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 figura abaixo, 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.
Compactação e estrutura do solo (Imagem retirada do livro Elementos de fundações em concreto, publicado pela Oficina de Textos. Todos os direitos reservados)
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, 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.
Para saber mais
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.
