A COMPARAÇÃO DOS DIVERSOS TIPOS DE SOLOS NO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO

THE COMPARISON OF DIFFERENT TYPES OF SOILS IN THE LABORATORY COMPACTION TEST

REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ra10202412090913

Paulo Reis Melão da Silva Junior¹
Jadson do Nascimento Araújo²
Ronaldo Alves de Siqueira³

RESUMO

Os solos tem propriedades distintas em sua composição. Diante disso, o ensaio de compactação é de suma importância para determinação de fatores cruciais. Contudo, para cada solo distinto, haverá o teor de umidade ótima e a densidade máxima. O objetivo desse ensaio que determinará esses parâmetros, é indicar a quantidade máxima de água que o material suporta sem saturá-lo ou deixá-lo seco demais e definir a densidade máxima em laboratório que terá que ser atingida em campo sem ocasionar fissuras na área compactada por excesso de compactação ou perca da resistência por falta de compactação adequada. A metodologia utilizada nesse ensaio foi quantitativa pois envolve a aplicação de técnicas específicas para avaliar a comparação dos diversos tipos de solos, para ser entendido qual é o comportamento de cada um. Em contrapartida, concluiu-se que quanto maior for a presença de finos há no solo, maior será o teor de umidade e menor será sua densidade, pois as partículas de finos precisam de mais água para serem homogéneas e não se acoplam facilmente pelo fato de terem a presença de muitas partículas finas e poucas partículas graúdas intervindo assim na sua densidade. Desse modo, quanto maior for a presença de agregado graúdo no solo maior será a sua densidade pela presença do agregado e menor será o teor de umidade ótima pelo fato de ter poucas partículas fina.

Palavra-chave: Solo, compactação, laboratório

ABSTRACT

Soils have distinct properties in their composition. In light of this, the compaction test is of utmost importance for determining crucial factors. However, for each distinct soil, there will be an optimal moisture content and maximum density. The objective of this test, which will determine these parameters, is to indicate the maximum amount of water that the material can support without saturating it or leaving it too dry, and to define the maximum density in the laboratory that must be achieved in the field without causing cracks in the compacted area due to over-compaction or loss of resistance due to inadequate compaction.

The methodology used in this test was quantitative as it involves the application of specific techniques to evaluate the comparison of various types of soils, to understand the behavior of each one. On the other hand, it was concluded that the greater the presence of fines in the soil, the higher the moisture content and the lower its density will be, because fine particles require more water to be homogeneous and do not easily bond due to having many fine particles and few coarse particles, thus affecting its density. Therefore, the greater the presence of coarse aggregate in the soil, the higher its density will be due to the presence of aggregate and the lower its optimal moisture content because it has fewer fine particles.

Keywords: Soil, Compaction, Laboratory

1.0 INTRODUÇÃO:

A compactação é um método usado para estabilizar solos. É alcançada pela aplicação de energia a um determinado solo por meio de compressão estática, impacto e vibração. Isso resulta no aumento do peso específico e da resistência ao cisalhamento do solo, e na redução do índice de vazios, permeabilidade e compressibilidade. Normalmente o ensaio de mais frequente é o de Procter- (Normal, Intermediário ou Modificado), na qual se dar pela aplicação de subsequentes golpes de um soquete regulamentado na amostra. (SERRÃO; FARIA, 2022).

Apesar da compactação ser um fenômeno semelhante ao adensamento, já que ambos se manifestam na compressibilidade dos solos, no adensamento a redução de vazios é alcançada pela expulsão da água intersticial, em um processo natural ou artificial que ocorre ao longo do tempo. Em contrapartida, na compactação, essa redução geralmente ocorre pela expulsão do ar dos poros, em um processo artificial de curta duração. (PRADO; AGUIAR; MENDES; NETO, 2020).

A compactação de uma camada de solo demanda um tempo considerável para ser realizada, especialmente em relação à preparação do solo a ser compactado. São colocadas 5 camadas no cilindro na qual cada camada recebe 26 golpes sequencialmente. Para a realização desse trabalho, foi coletada uma amostra de solo em uma jazida. (SILVA, 2008).

Diante disso surgiu a seguinte problemática de pesquisa: Qual a qualidade dos diversos tipos de solo no ensaio de compactação em laboratório?

Com isso, tem-se as seguintes hipóteses:

H1: O tipo de solo influência na qualidade do grau de compactação do mesmo;

H2: A coesão dos diversos tipos de solos influência na uniformidade da compactação em laboratório e em campo;

H3: A qualidade do solo é essencial para garantir a estabilidade e resistência dele depois de compactado.

Assim a pesquisa tem por objetivo a qualidade dos diversos tipos de solos no ensaio de compactação em laboratório.

Como justificativa teórica, o tipo de solo e como será compactado é uma fase crucial em qualquer execução de projeto de terraplanagem na construção civil. Através da compactação adequada, é viável nivelar o terreno de maneira eficiente, garantindo não apenas alinhamento do terreno, mas também fortalecimento para suportar a estrutura que será erguida, promovendo camadas de aterros em um âmbito mais seguro e estável. Além disso é primordial que sejam feitos estudos de comportamento dos solos na qual será implementado para cada tipo de execução e sua região, garantindo uma estabilidade e evitando futuros problemas com prejuízos econômicos (NERES; COSTA, 2023).

Como justificativa prática a compactação do solo na engenharia civil é um grande passo para evitar futuras deformações. A compactação em laboratório é um ensaio feito para simular o que acontece na obra, tendo como finalidade diminuir os espaços entre as partículas de solo preenchendo os vazios, reduzindo a permeabilidade e potencializando a coesão do solo garantindo assim uma obra segura, minimizando os riscos de infiltração, fissuras e etc (NASCIMENTO; SAMPAIO, 2020).

Enquanto a justificativa social, a falta de compactação pode levar a problemas como afundamento do solo, subsidência e até mesmo colapso de edifícios e infraestrutura, representando riscos significativos para a segurança das pessoas que utilizam essas estruturas. Um planejamento robusto serve como a espinha dorsal, Dentro dele, cada fase é minuciosamente detalhada e organizada em uma sequência lógica, garantindo que a construção ou pavimentação resultante seja não apenas duradoura e segura, mas também atenda às necessidades específicas dos usuários e contribua para o bem-estar da comunidade em geral (GALEGO; MARÇO, 2021).

2.0 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 SOLOS

Classificação dos solos não é algo tão simples a ser compreendido, pois envolve vários fatores a serem considerados, como cor, composições, estruturas, textura e vários outros aspectos, existem muitos sistemas que fazem a classificação dos solos, cada um com suas particularidades, categorias e critérios. Um sistemas muito conhecido e utilizado, é o Americano Soil taxonomy, neste sistema é feito a classificação em diversos níveis hierárquicos, dos tipos grandes grupos, subgrupos, famílias e séries, ordens, subordens, para realizar este tipo de classificação, cada nível leva em consideração características específicas do solo, Embora haja uma grande variedade de sistemas de classificação de solos, é incomum encontrar uma relação direta entre eles. Cada sistema possui suas próprias categorias e critérios específicos, o que pode tornar a comparação direta entre as classificações um desafio (MARINHO,2020).

A compactação visa aprimorar as propriedades do solo, tornando-o mais resistente, durável e estável, a fim de reduzir os riscos de recalque, deformação das estruturas, fissuras, rachaduras, infiltração, erosão e outras instabilidades estruturais. Solos que necessitam de compactação frequentemente apresentam uma alta porosidade, isto é, espaços entre as partículas, que são modificados durante as atividades de terraplanagem em construções civis, resultando em um estado heterogêneo e gerando um solo com baixa densidade (BARROS; PEREIRA; MOTTER; AMARANTE, 2023).

A geotecnia desempenha um papel crucial ao investigar as propriedades do solo, empregando métodos científicos e princípios de engenharia para compreender e utilizar os materiais presentes na superfície terrestre. Através de ensaios in situ e laboratoriais, são identificadas a composição e as características do solo, incluindo sua densidade, distribuição granulométrica, teor de umidade, permeabilidade, entre outras propriedades relevantes. Essa análise detalhada permite não apenas entender a natureza do solo, mas também antecipar possíveis problemas e propor soluções engenhosas para garantir a estabilidade e o desempenho adequado das estruturas construídas sobre ele (SANTOS, 2019).

Solos tem a função no desenvolvimento de atividades econômicas, como a agricultura e a pecuária, aumentando a economia e movimentando o mercado, Armazenamento e circulação de água. Proteção da rocha-mãe. Habitat para milhares de formas de vida que compreendem de microrganismos até animais. Solos tem funções básicas, cruciais para nossos ecossistemas. Solos são essenciais para florestas e lavouras, pois fornece nutrientes, ajuda a regular a temperatura, filtra a água e regula as emissões de gases de efeito estufa (SILVA; CERRI; ANDRADE; NETO; BETTIOL, 2023).

2.2 COMPACTAÇÃO DO SOLO

O processo de compactação do solo em laboratório do informações essenciais para o planejamento e execução de projetos de engenharia em estradas. A compactação do solo, refere- se ao processo manual ou mecânico de redução do volume de vazios do solo, aumentando assim sua resistência e estabilidade. Em geral, os objetivos da compactação do solo incluem aumentar a resistência à carga, eliminar recalques ou danos, aumentar a estabilidade, reduzir o teor de umidade por meio de filtragem ou drenagem, e expulsar o ar. O ensaio de compactação de solo em laboratório é uma técnica usada para determinar as propriedades de compactação do solo e estabelecer parâmetros que são essenciais para o projeto de estruturas que utilizam o solo como material de suporte. (CRISPIM; LIMA; SILVA; SCHAEFER; CARVALHO; BRANDÃO, 2015).

Os resultados do ensaio de compactação de solo em laboratório são essenciais para entender o comportamento do solo sob diferentes condições de compactação e umidade, ajudando os engenheiros a projetar estruturas mais seguras e duráveis. A compactação do solo é um processo essencial quando se transporta terra para uso em construções de aterros, pavimentação, barragens de terra e preenchimento de espaços atrás de muros de arrimo e valetas nas ruas. Esse processo visa reduzir a heterogeneidade e a fofura do solo, tornando-o mais resistente e menos deformável. Ao aumentar a intimidade de contato entre os grãos, a compactação torna o aterro mais homogêneo, reduzindo os vazios no solo e melhorando suas características de resistência e deformação (SILVA, 2008).

Os atributos como densidade do solo, porosidade total, porosidade de aeração e resistência à penetração são usados para caracterizar o grau de compactação do solo, e seus valores variam de acordo com o tipo de solo e o nível de compactação. Um valor elevado de densidade que indica um alto grau de compactação em um solo argiloso pode representar um grau menor de compactação em um solo arenoso. A comparação entre a densidade atual do solo e a densidade de referência ou compactação máxima é valiosa para caracterizar o grau de compactação do solo e compreender como as culturas respondem em diferentes tipos de solos. (SOUSA; COELHO, 2020).

No ensaio de Proctor, observou-se que a densidade alcançada durante a operação de compactação, utilizando uma certa energia de compactação, estava diretamente relacionada com a umidade do solo no momento da compactação. Essa observação impulsionou uma evolução nas técnicas de compactação, que antes eram realizadas de forma empírica, sem embasamento técnico para orientar os métodos e resultados. Isso levou ao desenvolvimento de uma técnica de compactação e à determinação prévia da umidade mais adequada para atingir a máxima densidade durante a compactação, considerando uma determinada energia (JUNIOR, 2005).

Ao realizar a compactação com uma energia específica, é possível alcançar a densidade máxima aparente de um solo para uma umidade ideal. Nessa condição, o solo contém a maior quantidade de partículas sólidas por unidade de volume, resultando em uma rigidez mais estável. Portanto, em qualquer projeto que envolva a construção de aterros, alcançar as maiores densidades possíveis é crucial para garantir segurança e estabilidade. Além disso, a impermeabilidade do solo compactado é aprimorada, contribuindo para a estabilidade do projeto (MARTINS; SILVA; COSTA; VALIM, 2024).

2.3 COMPACTAÇÃO DE SOLOS EM LABORATÓRIO

O ensaio de compactação de solos em laboratório, possuem diversas maneiras de ser executado. Diante disso, é incluído nessa categoria ensaios de compactação estática ou por pressão, compactação por vibração, compactação por pisoteamento, compactação dinâmica ou por impacto. Em contrapartida, será abordado detalhadamente em laboratório cada um desses métodos, com ênfase na compactação por impacto e por amassamento com uso do compactador giratório, explorando suas aplicações, vantagens e limitações em relação à obtenção de resultados precisos nos testes de compactação de solos (SILVEIRA, 2016).

O ensaio de compactação dinâmica ou por impacto envolve a queda livre do soquete de uma altura específica sobre uma camada de solo compactada em um cilindro padrão. O ensaio de compactação de solo em laboratório utilizando o método de compactação dinâmica ou por impacto é conhecido como Ensaio Proctor. A variação desses parâmetros resulta em variações na energia aplicada, impactando o processo de compactação como um todo. Esse processo é repetido várias vezes, variando-se o número de golpes, com o objetivo de alcançar a densidade máxima do solo. O ensaio de compactação por impacto fornece informações essenciais para projetos de pavimentação, fundações e estruturas. (ALMEILDA, 2017).

Os ensaios de compactação estática ou por pressão são métodos utilizados em laboratório, na qual, nesses ensaios, uma amostra de solo é submetida a uma pressão constante e uniformemente distribuída, buscando replicar as condições de compactação que ocorrem em campo. Durante o ensaio, cada camada da amostra de solo é compactada utilizando uma prensa, sujeita a uma pressão determinada por um período específico. A energia de compactação específica varia de acordo com o tamanho do molde, a intensidade da pressão e a duração da aplicação, conforme descrito por (WERK, 2000).

O ensaio de solos por pisotamento em laboratório é realizado utilizando um equipamento chamado compactador pneumático, que permite simular a compactação do solo por meio do pisoteamento controlado. Este compactador é composto por um reservatório cilíndrico de ar comprimido, alimentado por um compressor, equipado com manômetro. Uma mangueira transmite a pressão de ar quando uma alavanca é acionada, e uma haste de compactação com sapata trocável na extremidade inferior. Além disso, o equipamento conta com uma mesa para apoio do cilindro e um dispositivo indicador de pressão (lâmpada). A sapata utilizada nos ensaios possui um diâmetro de 1,9 centímetros (SOBREIRA, 2014).

O ensaio de vibração do solo em laboratório é um procedimento utilizado para avaliar as propriedades dinâmicas do solo, especialmente sua capacidade de suportar vibrações e a influência dessas vibrações nas estruturas e fundações. Durante o ensaio, uma amostra representativa do solo é submetida a um carregamento vibratório controlado, geralmente por meio de um equipamento específico chamado mesa de vibração ou compactador vibratório.

A amostra é colocada sobre a mesa de vibração, e a vibração é aplicada em diferentes frequências e amplitudes, simulando as condições que o solo pode encontrar em situações reais. Os parâmetros medidos durante o ensaio incluem a resposta do solo à vibração, tais como deslocamentos, acelerações e forças transmitidas. Esses dados são registrados e analisados para determinar as propriedades dinâmicas do solo, tais como sua rigidez, amortecimento e frequências naturais de vibração (SANTANA, 2019).

3 METODOLOGIA

Essa pesquisa tem como metodologia quantitativa pois envolve a aplicação de técnicas específicas para avaliar a comparação dos diversos tipos de solos. Geralmente, essa metodologia inclui a realização de testes de compactação com diferentes diâmetros e números de camadas dos corpos de prova, seguida da análise dos resultados para determinar a influência dessas variáveis na fluência do solo. Essa abordagem quantitativa é essencial para compreender como as características físicas dos corpos de prova podem impactar o comportamento do solo durante a compactação, fornecendo dados importantes para projetos de engenharia geotécnico e construção civil. Associação Brasileira de Normas Técnicas ( SOBREIRA, LUCENA, LUCENA, SOUSA, 2018).

A pesquisa abordada tem como objetivo ser descritiva, pois a comparação dos diversos tipos de solos no ensaio de compactação em laboratório envolve a realização de uma série de etapas descrevendo cada uma. Quais são essas etapas? Primeiramente, coletando as amostras representativas do solo e preparando os corpos de prova com diferentes diâmetros e número de camadas. Depois, os testes de compactação aplicando esforços controlados aos corpos de prova para simular condições reais. Em seguida, medindo a densidade e umidade compactada em cada condição de diâmetro e número de camadas, registrando os valores obtidos. Assim, analisando os resultados comparando os dados coletados para identificar padrões e relações entre o diâmetro, a quantidade de camadas e as propriedades do solo compactado. E por fim, a partir da análise descritiva dos resultados, tirar conclusões sobre como o diâmetro e a quantidade de camadas do corpo de prova influenciam a compactação do solo.

O procedimento adotado foi baseado em pesquisa experimental. Preparação das amostras: Coletar amostras representativas do solo em diferentes pontos, secar as amostras em estufa e peneirar para obter uma granulometria uniforme. Ensaio de compactação Proctor: Preparar corpos de prova com diferentes teores de umidade variando em torno da umidade natural do solo, compactar os corpos de prova utilizando o aparelho de compactação Proctor, seguindo as normas técnicas, medir a massa dos corpos de prova antes e após a compactação. ( RODRIGUES, 2022).

Determinação da densidade e umidade ótima: Calcular a densidade seca máxima e a umidade ótima para cada curva de compactação, plotar os resultados em gráficos para análise. Análise dos resultados: Comparar as curvas de compactação obtidas, identificar a umidade ótima e a densidade máxima do solo, interpretar os resultados e discutir as implicações práticas.

A população dessa pesquisa, corresponde aos ensaios de compactação, a amostra escolhida é o ensaio de compactação da obra de construção do novo Alphaville, com grande importância na área de construção civil, pois é uma obra de alto padrão, com grande investimento a longo prazo, importante para o desenvolvimento da cidade de Teresina no âmbito econômico, social e territorial, sendo ainda interessante destacar que a obra do tipo residencial, está localizada em um ambiente de grande proporção de crescimento habitacional, pois é cortado pela Br 343, que tem alto fluxo de veículos.

No laboratório vai ser feito o ensaio de compactação de solo, que é feito da seguinte maneira, é coletado uma amostra de solo no local onde haverá a compactação, levado para o laboratório. É pego 7 kg do material natural, que depois é seco na estufa a 105° durante 24 horas. Logo em seguida, após esse tempo determinado, o solo seco é adicionado em uma bandeja. É despejado 140 ml de água na amostra seca, sendo assim é misturado com as mãos para uniformizá-la. Deste modo, é preparado o cilindro contendo seu volume, sua numeração e seu peso. Na compactação da amostra do solo, serão implementadas 5 camadas, onde, cada camada receberá 26 golpes por meio do instrumento denominado soquete. Esse procedimento será repetido em 5 pontos onde cada ponto será implementado 140 ml de água, até o pico máximo da curva de compactação, atingindo a sua humidade ótima.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Para a comparação dos diversos tipos de solos no ensaio de compactação em laboratório foi estudado 3 tipos de solos coletados no Terras Alphaville 2, foi obtido os seguintes resultados. Um solo silte argiloso utilizado para camada de aterro, com o teor de umidade de 12 % e densidade máxima de 1,838 g/cm³. No segundo solo sendo pedregulhoso ou areia siltoso ou argiloso utilizado para camada de aterro, foi atingido um teor de umidade de 13,1 % e densidade máxima de 1,987 g/cm³. No terceiro Solo arenoso com pedregulho, foi alcançado o teor de umidade de 11,5 % e densidade máxima de 2,024 g/cm³.

Tabela 1 – Ensaio de compactação

Fonte: autor,2024

Fonte: autor, 2024

Os solos com mais presença de agregado graúdo, apresentam o teor de umidade menor e densidade máxima maior.

Fonte: autor, 2024

Gráfico 4- granulometria

Fonte: autor,2024

Gráfico 5- granulometria

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A análise dos ensaios de laboratório realizados com os três tipos de solo. permitiu uma compreensão abrangente das suas características físicas, especialmente em relação ao teor de umidade e à densidade máxima. Baseado na pesquisa realizada através de ensaios de laboratório, foi obtido os três tipos de solos: Solo A silte argiloso, solo B arenoso com pedregulho e solo C pedregulhoso ou areia siltoso ou argilosos, afim de comparação do comportamento da densidade máxima e teor de umidade dos mesmos.

O solo A silte argiloso apresentou o maior teor de umidade e a densidade máxima menos elevada entre os solos analisados. Essa característica pode limitar sua utilização pela sua baixa coesão. Em contrapartida, o solo B arenoso com pedregulho, revelou um teor de umidade mais baixo comparado a sua densidade máxima superior. Isso indica boa capacidade de compactação, absorção de água e coesão, tornando-o adequado para aplicações que exigem estabilidade. O solo C pedregulhoso ou areia siltoso ou argilosos, revelou um teor de umidade mediano e uma densidade máxima maior, mostrou-se versátil, podendo ser utilizado em diversas aplicações .No entanto, suas características devem ser cuidadosamente consideradas em projetos que exigem resistência ou estabilidade.

Concluiu-se que quanto maior for a presença de finos há no solo, maior será o teor de umidade e menor será sua densidade, pois as partículas de finos precisam de mais água para serem homogéneas e não se acoplam facilmente pelo fato de terem a presença de muitas partículas finas e poucas partículas graúdas intervindo assim na sua densidade. Desse modo, quanto maior for a presença de agregado graúdo no solo maior será a sua densidade pela presença do agregado e menor será o teor de umidade ótima pelo fato de ter poucas partículas fina.

Com base nos resultados obtidos, recomenda-se que futuras pesquisas explorem a relação entre o teor de umidade e a densidade máxima sob diferentes condições ambientais e mecânicas. Além disso, estudos adicionais sobre a interação desses solos com materiais de construção podem contribuir para o desenvolvimento de soluções mais eficientes e sustentáveis na engenharia civil.

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¹Discente do curso de engenharia Civil do Centro Universitário SantoAgostinho. pjpauloreis2001@gmail.com
² Discente do curso de engenharia Civil do Centro Universitário Santo Agostinho. jadsoneng01@gmail.com
³ Doscentedocurso deengenhariaCivildoCentro Universitário Santo Agostinho.ronaldosiqueira@unifsa.com.br