Compactação dos solos

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21/12/2016
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ - UFPI
CENTRO DE TECNOLOGIA – CT
DISCIPLINA: MECÂNICA DOS SOLOS A
DEPARTAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS, GEOTECNIA 
E SANEAMENTO AMBIENTAL – DRHGSA
Prof. Renan Maycon Mendes Gomes
TERESINA
2016
Compactação dos Solos
Compactação - processo manual ou mecânico que visa
reduzir o volume de vazios do solo.
Objetivos: melhorar as propriedades dos solos quanto ao que
se refere a:
- resistência;
- deformabilidade;
- permeabilidade.
O início dos trabalhos de compactação é atribuído ao
engenheiro norte americano proctor, que em 1933, publicou
seus primeiros trabalhos sobre a compactação de aterros
Conceitos Básicos
Compactação ⇒ Processo de estabilização e melhoria do solo
+ água = 
Energia de
compactação
densificaçãodiminuição do seu volume
diminuição do índice de vazios 
*aumento do peso específico 
Conceitos Básicos
Solo compactado:
- Utilizado em diversas obras
- Destaque em obras rodoviárias e barragens de terra
Utilização de compactação em locais de pouca manobra (barragem de terra)
Conceitos Básicos
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Camadas (compactadas) de um pavimento rodoviário
Conceitos Básicos
compactação ≠ adensamento
- Compactação: 
redução dos vazios do solo por expulsão de ar
cargas aplicadas dinâmicas (efeito imediato)
- Adensamento: 
redução dos vazios por expulsão de água 
cargas estáticas (efeito no tempo)
Conceitos Básicos
Conhecido como Ensaio Normal de Proctor
Compactação do solo em camadas, dentro de um cilindro 
metálico, aplicando-se golpes de um soquete com massa e 
altura de queda definidos.
Ensaio de Compactação
- O ensaio é repetido para diferentes teores de umidade (w)
- Para cada w, determina-se o peso específico aparente seco 
(γd)
- Possibilita a construção de uma curva de compactação
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10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
w(%)
γ
s
(
k
N
/
m
3
)
wot
γdmax
?
)1( wd += γγ
Ensaio de Compactação
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w
γd 
γd,max 
wot
saturação
Ramo 
úmido
Ramo 
seco
w1 w2
γd,1
Ensaio de Compactação
- Energia de compactação
- Tipo de solo
Fatores que Afetam a Compactação
ENERGIA DE COMPACTAÇÃO
Embora mantenha-se o procedimento do ensaio, um ensaio de 
compactação pode ser realizado com diferentes energias
Definição da energia: função da necessidade de campo
Para cada solo e em uma dada energia existem, então, um wot
e um γdmax
Fatores que Afetam a Compactação
. . .P h N n
E
V
=
Onde: 
P = peso do soquete (N)
h = altura de queda do soquete (m)
N = no de golpes por camada
n = no de camadas
V = volume de solo compactado (m3)
A energia de compactação empregada no ensaio é dada por:
Obs: ↑ E → ↓ wot → ↑ γdmax
γdmax
w
energia provoca aumento
de densidade e quando a
umidade é maior do que a
ótima, tem pouco efeito,
Fatores que Afetam a Compactação
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997
2084
Novos equipamentos de campo, de grande porte, com maiores
energia de compactação no campo, forçaram a criação de ensaios
com maiores energias
- Energia do proctor modificado
- Energia do proctor intermediário
Fatores que Afetam a Compactação
Fatores que Afetam a Compactação
INFLUÊNCIA DO TIPO DE SOLO NACURVADE COMPACTAÇÃO
- Grande influência do tipo de solo
- Distribuição granulométrica, forma dos grãos, γd e quantidade e
tipos de argilominerais
Fatores que Afetam a Compactação
Textura do solo
Partículas do mesmo tamanho, são menos
susceptíveis ao processo de compactação,
comparados àqueles onde se encontra argila, areia e
silte. Rearranjam e preenchem os poros, quando
submetida a uma pressão do solo.
Fatores que Afetam a Compactação
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- Solos grossos: ↑ γdmax e ↓ wot
- Solos finos: curvas mais abatidas
Curvas típicas
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10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
w(%)
γ
s
(
k
N
/
m
3
)
Estrutura 
floculada
Estrutura 
dispersa
-no ramo seco: floculadas
- ramo úmido: dispersas
aumentava os vazios 
existentes, pois ao invés de 
aproximar os grãos faziam que 
estes se afastem
a atração face-aresta das partículas não 
é vencida pela energia aplicada
> resistência,
< compressibilidade, 
> permeabilidade 
Estrutura dos Solos Compactados
Curva de Compactação
Segundo a teoria de Hogentogler, a forma da curva de compactação de solos argilosos reflete
quatro fases. Na fase de hidratação, com o aumento da umidade, a água é retida nos grãos de
solo formando uma camada mais fina e diminuindo a viscosidade. Essa redução da
viscosidade diminui o atrito entre os grãos e aumenta o peso específico. Na lubrificação, a
partir de uma certa umidade, a camada de água superficial atua como um lubrificante,
facilitando novos arranjos das partículas durante a compactação, originando um solo mais
denso e não saturado. E nessa fase tem mais efeito quando o solo é compactado próximo a
umidade ótima. No inchamento, com o acréscimo de água existe um aumento de volume do
solo, permanecendo com um volume de ar da fase anterior, e, com isto, reduzindo o peso
específico do solo. No estágio final de saturação, todo o ar é expelido pra fora e a curva se
aproxima da curva de saturação igual a 100%.
Curva de Compactação
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Equipamento: rolos compactadores
Procedimento:
� lançamento do material solto em camadas de pequena 
espessura;
� homogeneização;
� Espalhamento;
� correção da umidade;
� Compactação.
Compactação no Campo
LANÇAMENTO DO SOLO:
Unidade transportadora
Compactação no Campo
GRADEAMENTO: HOMOGENEIZAÇÃO
Grade de disco
Compactação no Campo
ESPALHAMENTO/HOMOGENEIZAÇÃO:
Aplainadora (Patrol)
Compactação no Campo
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CORREÇÃO DA UMIDADE:
Caminhão pipa
Compactação no Campo
Obs: Tipos de esforços transmitidos influenciam na eficiência da 
compactação.
Tipos de esforços transmitidos na compactação: 
- Pressão;
- Impacto;
- Vibração;
- Combinação destes.
Compactação no Campo
Tipos de equipamentos:
- Rolo liso;
- Rolo pé-de-carneiro;
- Rolo pneumático;
- Rolo vibratório;
- Combinados e especiais.
Compactação no Campo
ROLOS LISOS
- Estáticos ou vibratórios (tambor c/ massa móvel excêntrica que 
provocam vibrações) 
- Mais indicado para solos arenosos
Compactação no Campo
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ROLOS PÉ-DE-CARNEIRO: 
Equipamentos que apresentam um tambor oco, de 1 a 2m de diâmetro,
com patas de ferro desencontradas (saliências de 20 a 25 cm de
comprimento)
Compactação no Campo
São mais indicados para solos argilosos
Solos não coesivos não são eficientes (apenas revolvem o material)
Rebocados por trator de pneus ou de esteiras
Propulsão própria (Autopropulsor)
Propulsão própria + vibração (Autopropelido)
Tambor pode ser cheio com água ou areia para aumentar o peso 
(eficiência)
Compactação no Campo
Patas 
desencontradas
Compactação no Campo
Operação:
As patas penetram na camada de solo solto, executando a
compactação por passadas sucessivas do rolo do fundo para o topo
da camada até que, praticamente, não haja mais penetração das
patas.
Em geral, considera-se a compactação com o rolo terminada
quando os sulcos (penetrações) tem de 4 a 1 cm de profundidade.
Compactação no Campo
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ROLOS PNEUMÁTICOS
Rodas dos eixos dianteiros e traseiros são desencontradas (maior cobertura)
Compactação é função da pressão de contato pneu-terreno
Compactação no Campo
ROLOS COMBINADOS
Adaptados por meio de combinações entre 2 equipamentos de forma a 
poder ser empregado na maior faixa possível de solos (coesivos aos 
arenosos)
Pé-de-carneiro vibratório: ampla faixa de solos coberta
Pneumático vibratório:emprego discutido pelo fato da flexibilidade dos 
pneus absorver, em parte, as vibrações transmitidas ao terreno
Compactação no Campo
SOQUETES, SAPOS MECÂNICOS, ETC: OBRAS DE POUCA 
IMPORTÂNCIA OU BAIXOS VOLUME A SEREM COMPACTADOS.
Compactação no Campo
Laboratório
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Consiste em instalar em uma superfície do terreno
uma bandeja com abertura circular de 15cm de
diâmetro;
Através dessa abertura escava-se um buraco de
15cm de profundidade;
O solo escavado é pesado (Wt) e o volume do solo
(Vt) é o volume do buraco aberto;
Enche-se o buraco com areia de densidade
conhecida. Sabendo-se o peso da areia que
preencheu o buraco pode-se calcular o volume.
Frasco de areia
Controle de Compactação
( )
, ( )
100(%)d CAMPO
d MÁX LABORATÓRIO
GC x
γ
γ
=
γd (campo) – frasco de areia
γdmax (laboratório) – ensaio de compactação
Feito pela determinação do grau de 
compactação (GC)
Frasco de areia
Controle de Compactação
Umidade “in situ” 
speedy, frigideira ou laboratório (estufa)
comparada com: 
Wot (laboratório, ensaio de compactação) ± ∆w 
(definida no projeto)
Obs: na prática o projetista indica a tolerância quanto ao GC e a w
Controle de Compactação
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Aterros experimentais: orientam a escolha dos equipamentos a utilizar para 
compactação dos solos, e a escolha da energia de compactação a ser 
empregada para atingir as condições determinadas em laboratório.
Controle de Compactação
ENSAIO CALIFÓRNIA, CBR OU DE ISC
CBR: California Bearing Ratio
ISC: Índice de Suporte Califórnia
Utilizado como base para o dimensionamento de pavimentos 
flexíveis.
Concepção no final da década de 20 para avaliar o potencial 
de ruptura do subleito 
Controle de Compactação
Valor de referência ou padrão, equivalente a 100%
ISC: é a relação entre a pressão
necessária para produzir uma
penetração de um pistão num
corpo-de-prova de solo ou material
granular e a pressão necessária
para produzir a mesma penetração
no material padrão
Controle de Compactação
Processo seguido (prático):
1ª : determinação do peso específico seco máximo e da 
umidade ótima de compactação para a energia de 
compactação fixada para o ensaio (normal, intermediária 
e modificada);
2ª : preparação do cp na umidade ótima e peso 
específico seco máximo;
3ª : saturação do cp durante 4 dias, condição mais 
desfavorável (expansão, com sobrecargas de 4,5 kg)
4ª : medição da resistência à penetração do cp mediante 
puncionamento de um pistão (φ=5cm) com uma 
velocidade de 1,25mm/min (0,05 pol/min)
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Etapas do ensaio de laboratório:
1º. Compactação do corpo-de-prova 2º. Imersão dos corpos-de-prova em tanque de água 
por 96 horas e medida de expansão axial
3º. Ensaio de penetração de pistão padrão no corpo-de-prova e medida penetração e resistência
EXPANSÃO:
100.
H
H
Exp
∆
=
Especificações:
Subleitos – Exp < 3%
Subbase – Exp < 2%
Onde:
∆H = acréscimo de altura
H = altura inicial do cp
TRAÇADO DA CURVA PRESSÃO x PENETRAÇÃO:
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Penetração (mm)
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
g
f
/
c
m
2
)
0
10
20
30
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50
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Penetração (mm)
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
g
f
/
c
m
2
)
0
10
20
30
40
50
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Penetração (mm)
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
g
f
/
c
m
2
)
Tempo (min)
Penetração 
(mm)
Pressão 
(Mpa)
Pressão 
Padrão 
(Mpa)
CBR 
(%)
0 0 0
0,5 0,63 0,01605
1 1,27 0,024075
2 2,54 0,0321 6,9 0,465217
4 5,08 0,040125 10,35 0,387681
6
8 10,16 0,056175
10 12,7 0,056175
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40
50
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Penetração (mm)
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
g
f
/
c
m
2
)
0
10
20
30
40
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Penetração (mm)
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
g
f
/
c
m
2
)
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Penetração (mm)
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
g
f
/
c
m
2
)
CORREÇÃO DA CURVA DE 
PENETRAÇÃO
CORREÇÃO DA CURVA DE 
PENETRAÇÃO
CORREÇÃO DA CURVA PRESSÃO x PENETRAÇÃO:
0
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Penetração (mm)
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
g
f
/
c
m
2
)
NOVA ORIGEM DO SISTEMA DE EIXOS
CORREÇÃO
POSIÇÃO DO NOVO SISTEMA DE EIXOS
CORREÇÃO DA CURVA PRESSÃO x PENETRAÇÃO:
0
10
20
30
40
50
60
0’ 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’ 7’ 8’ 9’ 10’ 11’
Penetração (mm)
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
g
f
/
c
m
2
)
0,1”
(2,54mm)
0,2”
(5,08mm)
P1
P2
CÁLCULO DO CBR:
PRESSÃO-PADRÃO:
(%)100.
padrão
igidamedidacorr
p
p
CBR =
Penetração 
(mm) 
Pressão-padrão 
(MPa) 
2,54 6,90 
5,08 10,35 
(70 kg/cm2)
(105 kg/cm2)
maior valor
medido 
será o 
padrão
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VALORES DE CBR PARA OS GRUPOS DO SISTEMA DE 
CLASSIFICAÇÃO UNIFICADO:
SOLOS (SUCS)
CBR
(%)
GW 40 A MAIS DE 80
GP 30 A MAIS DE 60
GM 20 A MAIS DE 60
GC E SW 20 A 40
SP E SM 10 A 40
SC 5 A 20
ML 15 A MENOS DE 2
MH 10 A MENOS DE 2
OL, OH 5 A MENOS DE 2
SOLOS (HRB)
CBR
(%)
A-1-a 40 A MAIS DE 80
A-1-b 20 A MAIS DE 60
A-2-4 E A-2-5 25 A MAIS DE 60
A-2-6 E A-2-7 12 A 30
A-3 15 A 40
A-4 4 A 25
A-5 2 A 10
A-6 E A-7 2 A 15
VALORES DE CBR PARA OS GRUPOS DO SISTEMA 
HRB:
Processo recomendado pela NBR 9895:
1ª : determinação do γd e da wot de compactação para a 
energia de compactação de interesse (5 pontos);
2ª : saturação dos 5 cps durante 4 dias
3ª : medição da resistência à penetração dos 5 cps
mediante puncionamento do pistão padrão
4ª : traçar gráfico ISC x w (ISC de projeto → wot)
renan_maycon2008@hotmail.com