O comportamento de um determinado material, após a compactação, depende, fundamentalmente, da natureza do solo. Um exemplo disso são os solos lateríticos. No estado natural, esses solos são porosos, permeáveis, podendo até mesmo ser colapsíveis. Todavia, quando compactados, os solos lateríticos podem adquirir boa resistência e baixa permeabilidade, sem perda significativa de capacidade de suporte ao serem imersos em água (GODOY et al., 1996).
Materiais granulares têm um comportamento diferente em relação aos materiais coesivos, quando submetidos aos mesmos esforços de compactação e a um determinado teor de umidade.
Argilas compactadas no ramo seco da curva de compactação desenvolvem um arranjo de partículas que não exibe influência marcante do tipo de compactação empregado, ao passo que, quando compactadas no ramo úmido, são significativamente afetadas a orientação das partículas, a resistência, a permeabilidade e a compressibilidade das argilas (CERNICA, 1995).
As propriedades geotécnicas de solos não coesivos são significativamente afetadas pela densidade relativa do solo. Geralmente, um aumento na sua densidade implica em uma melhoria nas condições de resistência do solo granular, assim como reduz a sua compressibilidade. É usual se utilizar a densidade como o único critério de especificação para a compactação de solos não coesivos, desconsiderando-se o teor de umidade como parâmetro de controle, em contraste ao procedimento freqüentemente empregado na compactação de solos coesivos.
O comportamento e as características de siltes e argilas compactadas são muito mais difíceis de se definir em uma determinada categoria do que o comportamento e as características dos solos granulares. Enquanto estes ganham resistência através da compactação e do subsequente aumento de densidade, alguns siltes e argilas podem, em certas condições (método de compactação, teor de umidade, etc.), apresentar uma redução de resistência após um dado aumento de densidade (CERNICA, 1995).
Solos de naturezas diferentes, quando compactados com a mesma energia, apresentam curvas de compactação características a cada tipo de material (Figura 2.8). As areias possuem maior densidade máxima e menor umidade ótima do que as argilas, e estas apresentam uma curva de compactação com um máximo bem mais definido. Já os siltes se comportam de forma interediária (MELLO e TEIXEIRA, 1971).
Figura 2.8 – Curvas de compactação para diferentes tipos de solos (MELLO e TEIXEIRA, 1971).
A distribuição granulométrica dos solos tem grande influência na forma da curva de compactação. A Figura 2.9 mostra os resultados obtidos a partir da aplicação de uma mesma energia de compactação em solos arenosos diferentes. Nota-se, nesta figura, que a curva de compactação referente à areia grossa bem graduada é mais íngreme do que a curva para a areia fina uniforme, que é mais suave e cuja densidade máxima não está muito bem definida.
Figura 2.9 – Curvas de compactação para areias de diferentes granulometrias com a mesma energia de compactação (RODRIGUEZ e MEJIA,1976).
HOGENTOGLER (1937) ilustrou melhor o efeito da granulometria sobre a densidade, ao estudar 7 amostras de solos com diferentes curvas granulométricas (ver Figura 2.10), no teor de umidade ótimo e considerando o mesmo esforço de compactação. A influência da granulometria na densidade dessas amostras pode ser verificada através da Figura 2.11. Observa-se, nessa figura, que a amostra 1 representa um solo argiloso, com 68% de argila, 20% de silte e 12% de areia. A umidade ótima para essa amostra é de 16,7% e a densidade seca máxima é de 113 lbs/pés3. Já para o solo arenoso da amostra 6, do grupo A-1 da classificação HRB, a densidade atingiu um valor muito maior, de 129,8 lbs/pés3, para o teor de umidade ótimo de 9,6%.
Figura 2.10 – Curvas granulométricas estudadas com a finalidade de se avaliar a influência da granulometria nas densidades dos materiais (HOGENTOGLER, 1937).
Figura 2.11 – Efeito da granulometria na densidade de amostras compactadas (HOGENTOGLER, 1937). 130 125 120 115 110 105 100 95 90 6 Argila - Silte - Silte - 8% 15% 77% 0% 13% 87% 13% 23% 64% 17% 30% 53% 21% 37% 42% 34% 60% 6% 68% 20% 12% 7 5 4 3 2 1 D e n si d a d e - lb s / p é s 3
O DNER (1996), atual DNIT, especifica faixas granulométricas para os materiais a serem utilizados nas camadas do pavimento. No entanto, não se deve levar em consideração somente a composição granulométrica, visto que as propriedades do solo não dependem exclusivamente do tamanho dos seus grãos e sim de diversos outros fatores.
YODER (1959) relatou algumas características geotécnicas em função da relação entre as porções grossa e fina de misturas de solo e agregado. A Figura 2.12 mostra essas características, de forma simplificada, de acordo com as condições impostas por essa relação. A condição “a” representa um material sem a fração fina. Apresenta densidade variável, alta permeabilidade, elevada estabilidade e quando confinado, não é afetado pela condição de umidade, além de ser difícil de compactar. A condição “b” mostra um material com finos suficientes para a densidade máxima. O contato grão a grão produz um aumento da resistência contra as deformações. Esse material apresenta baixa permeabilidade, relativa estabilidade em função das condições de confinamento, não é muito afetado pelas condições de umidade e é moderadamente difícil de se compactar. Já a condição “c” representa um material com grande quantidades de finos. Apresenta baixa densidade, permeabilidade e estabilidade, e é fortemente influenciada pelas condições de umidade. Nessa condição o material é fácil de ser compactado (YODER, 1959).
Figura 2.12 – Estado físico de misturas solo-agregado (YODER, 1959).
As areias com pedregulhos, bem graduadas e com poucos finos, geralmente apresentam densidades secas máximas elevadas (em torno de 2,0) e umidades
baixas (de 9 a 10%). Umidades ótimas mais altas, como 12 a 14%, com densidades secas máximas de 1,9, podem também representar as areias finas argilosas lateríticas. Já os materiais argilosos apresentam umidades ótimas muito mais altas, sendo muito comum 25 a 30%, e densidades secas máximas bem mais baixas, em torno de 1,5 (PINTO, 2000). A Figura 2.13 mostra curvas de compactação para diversos tipos de solos brasileiros.
Figura 2.13 – Curvas de compactação para diversos tipos de solos brasileiros (PINTO, 2000).
2.6 INFLUÊNCIA DA ENERGIA DE COMPACTAÇÃO EM ALGUMAS