IV - COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

Prof. Marco Túlio Pereira de Campos

Notas de Aula de Geotecnia I – 1

IV - COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

1 COMPACTAÇÃO

O que é

Consiste no aumento artificial do peso específico seco (densificação) dos solos.

Finalidade

Solo lançado para a construção de um aterro estado fofo e heterogêneo

compactação consegue-se densificar o solo e homogeneizá-lo; aumentar seu peso específico

seco e diminuir seu índice de vazios.

Aumentar a resistência ao cisalhamento, diminuir a compressibilidade e diminuir a

permeabilidade.

Emprego

Aterros, pavimentos, barragens e diques, melhorando de solo para apoio de fundação

direta, retro aterro de muros de arrimo, reenchimento de valetas.

Tipo de compactação

Depende do tipo de obra e equipamento disponível, usando-se desde compressores pesados

à soquetes manuais.

Início

Proctor (1933) em observações sobre compactação, notou que aplicando determinada

energia de compactação (um certo número de passadas de um determinado equipamento no campo,

ou um certo número de golpes de um soquete sobre o solo contido em um molde), o peso específico

seco (s) resultante, dependia do teor de umidade (h) com a qual a compactação havia sido

executada.

Em um solo seco quanto maior a quantidade de água efeito de lubrificação e

deslizamento de partículas melhoria da compactação diminuição do índice de vazios.

Porém muita água ocupa todos os vazios grau de saturação elevado água ocupa os vazios

que poderiam ser ocupados pelos grãos pesos específicos secos (s) menores.

Assim existe para uma determinada energia aplicada, uma umidade ótima (hót) que conduz

a um peso específico seco máximo (s máx).



2 ENSAIO NORMAL DE COMPACTAÇÃO

O Ensaio de Proctor é padronizado no Brasil pela ABNT (NBR 7.182/2016).

Pega-se uma amostra de solo previamente seca ao ar e destorroada. Inicia-se o ensaio,

acrescentando-se água até que o solo fique com cerca de 5% de umidade abaixo da umidade ótima.

Uniformizando-se bem a umidade, uma porção do solo é colocada num cilindro padrão (10

cm de diâmetro, altura de 12,73 cm, volume de 1.000 cm3) e submetida a 26 golpes (anteriormente,

o número de golpes era 25) de um soquete com massa de 2,5 kg e caindo de uma altura de 30,5 cm.

A porção do solo compactado deve ocupar cerca de um terço da altura do cilindro. O

processo é repetido mais duas vezes, atingindo-se uma altura um pouco superior à do cilindro, o que

é possibilitado por um anel complementar. Acerta-se o volume raspando o excesso.

Determina-se t e a partir de uma amostra de seu interior, determina-se h. Com estes dois

valores, calcula-se a densidade seca. A amostra é destorroada, a umidade aumentada (cerca de 2%),

nova compactação é feita, e novo par de valores umidade-densidade seca é obtido. A operação é

repetida até que se perceba que a densidade seca, depois de ter subido, já tenha caído em duas ou

três operações sucessivas. Note-se que, quando a densidade úmida se mantém constante em duas

tentativas sucessivas, a densidade seca já caiu. Se o ensaio começou, de fato, com umidade 5%

abaixo da ótima, e os acréscimos forem de 2% a cada tentativa, com 5 determinações o ensaio

estará concluído (geralmente não são necessárias mais do que 6 determinações).

Traça-se a curva s x h.

𝛾𝑠 =𝑆𝛿𝛾𝑤

𝑆𝛾𝑤 + 𝛿ℎ

Para S=100%

𝛾𝑠 =𝛿𝛾𝑤

𝛾𝑤 + 𝛿ℎ

A umidade ótima se

situa entre S=80% e

S=90%

Figura 4.1



Figura 4.2

Figura 4.3

Figura 4.4



Figura 4.5

2.1 Valores típicos

Figura 4.6



3 MÉTODOS ALTERNATIVOS DE COMPACTAÇÃO

A norma Brasileira de ensaio de compactação prevê as seguintes alternativas de ensaio:

a) Com pré-secagem até a umidade higroscópica e reutilização do material;

b) Com pré-secagem até a umidade higroscópica e sem reutilização do material;

c) Sem reuso de material com umidade colocada a 5% abaixo da ótima;

d) Sem reuso de material com umidade colocada a 3% acima da ótima.

A reutilização de material pode alterar o s máx e a hót em solos que possuam grãos

quebradiços.

A pré-secagem pode provocar influenciar no s máx e na hót de forma aleatória.

3.1 Ensaio em solo com pedregulho

Quando o solo apresenta quantidade considerável de pedregulhos, a sua compactação no

cilindro com 10 em de diâmetro apresenta dificuldades. Por um lado, a quantidade de pedregulhos

presente em cada ponto pode ser diferente e isto influi. É fácil perceber que um pedregulho com 2

cm3 de volume, por exemplo, requer muito menos água do que 2 cm3 de solo compactado e pesa

bem mais; a comparação entre os resultados dos diversos pontos fica comprometida. Por outro lado,

na interface do solo com o cilindro podem se formar ninhos. Por isto, o ensaio de compactação no

cilindro de 1.000 em- só é feito com solos com diâmetro máximo de 4,8 mm.

Quando o solo contiver pedregulhos, a norma NBR 7.182/2016 indica que a compactação

seja feita num cilindro maior, com 15,24 em de diâmetro e 11,43 em de altura, volume de 2.085

cm3.

Neste caso, o solo é compactado em cinco camadas, aplicando-se 12 golpes por camada,

com um soquete mais pesado e com maior altura de queda do que o anterior (massa de 4,536 kg e

altura de queda de 45,7 cm).

Note-se que a energia aplicada por volume de solo compactado é a mesma, sendo

considerada igual ao produto da massa pela aceleração da gravidade, pela altura de queda e pelo

número total de golpes. Verifica-se facilmente que a mesma energia seria obtida aplicando-se 54

golpes do soquete pequeno em 3 camadas.

Se o solo tiver partículas maiores do que 19 mm, estas são substituídas por igual massa de

pedregulhos com diâmetro entre 4,8 e 19 mm, mantendo-se a mesma quantidade em massa de

pedregulhos da amostra original, embora de tamanhos menores.

3.2 Outros processos de compactação

a) Vibração – não existe nenhuma normalização.

b) Compactação estática – reduzida aplicação.

c) Compactação por pisoteamento – utiliza um pistão com uma mola.



4 INFLUÊNCIA DA ENERGIA DE COMPACTAÇÃO

s máx e a hót não são índices físicos do solo, dependem da energia aplicada. Quando não se

faz referência à energia do ensaio, subentende-se que seja a energia Proctor Normal.

Ensaio Modificado de Compactação (Proctor Modificado) é realizado, geralmente no

cilindro grande, com o soquete grande, aplicando-se 55 golpes em cada uma das cinco camadas.

Quando o solo se encontra com umidade abaixo da ótima, a aplicação de maior energia de

compactação provoca aumento de densidade seca, mas quando a umidade é maior do que a ótima,

maior esforço de compactação pouco ou nada provoca de aumento da densidade, pois não consegue

expelir o ar dos vazios. Isto ocorre também no campo. A insistência da passagem de equipamento

compactador quando o solo se encontra muito úmido faz com que ocorra o fenômeno que os

engenheiros chamam de borrachudo: o solo se comprime na passagem do equipamento para, logo a

seguir, se dilatar, como se fosse uma borracha. O que se comprime são as bolhas de ar ocluso.

𝐸𝐶 =𝑀 𝐻 𝑁𝑔 𝑁𝑐

𝑉

Figura 4.7

Ensaio Intermediário de Compactação, que difere do Modificado só no número de golpes

por camada, que é reduzido. Este ensaio, criado pelo Departamento Nacional de Estradas de

Rodagem, é aplicado em camadas intermediárias de pavimentos, onde aplicam-se 26 golpes em

cada uma das 5 camadas, no cilindro grande.

Este ensaio é geralmente tomado como referência para a compactação das camadas mais

importantes dos pavimentos, para os quais a melhoria das propriedades do solo, sob o ponto de vista

de seu comportamento nas solicitações pelo tráfego, justifica o emprego de maior energia de

compactação e, consequentemente, o maior custo.



5 ENSAIO ISC

• Compacta-se amostras de solo em um cilindro grande do ensaio de compactação, na energia

desejada.

• Após a compactação inundam-se os corpos de prova, durante um período mínimo de 4 dias,

procurando-se atingir a saturação. Sobre as amostras em saturação, colocam-se anéis anelares de

4,5 kg, para simular a resistência que o peso do pavimento impõe à sua expansão.

• Mede-se a expansão das amostras.

• Por meio de uma prensa, faz-se pressão sobre cada corpo de prova, com um punção cilíndrico de

49,6 mm de diâmetro. Um anel dinamométrico fornece a força aplicada e um deflectômetro

mede as deformações, com as quais s traça um gráfico pressão x deformação.

Figura 4.8

Figura 4.9

Figura 4.10



Figura 4.11

6 RESISTÊNCIA DOS SOLOS COMPACTADOS

A experiência mostra que qualquer índice de resistência de um solo decresce com o

aumento da umidade, como mostram as curvas (a) e (b) da Figura 4.12, desde que o solo não seja

previamente saturado. Para uma energia de compactação grande a curva de resistência será mais

íngreme e os valores da resistência maiores; para uma menor energia de compactação, pelo

contrário, as curvas serão abatidas e as resistências menores. Colocando-se em correspondência,

como é feito na Figura 4.12, essas curvas de resistência com as curvas de Proctor, verifica-se que as

umidades ótimas não correspondem a nenhum valor máximo ou singular das resistências. Se um

aterro fosse compactado na umidade (h1) com energia correspondente ao Proctor modificado, então

sua resistência seria R1 muito maior que a resistência R0 correspondente à umidade ótima (hótima).

Se, entretanto, o corpo de prova na umidade h1 for saturado antes do ensaio de resistência,

ele sofrerá uma queda de resistência ∆RM e passará a ter simplesmente uma resistência R’1 muito

baixa. Por outro lado, o corpo de prova compactado na umidade ótima, se saturado, perderá

somente uma pequena parcela ∆R0 de sua resistência. Para os corpos de prova com pequenas

energias de compactação, o mesmo acontece, embora com muito menos intensidade.

É por essa razão que, nos ensaios californianos, está especificado que se deva fazer a

saturação prévia dos corpos de prova. Dessa forma ao dispor-se as resistências obtidas contra as

umidades de moldagem dos corpos de prova (não as umidades depois da saturação), obtêm-se as

curvas tracejadas do lado seco dos gráficos de cima da Figura 4.12, seguidas das curvas cheias do

lado úmido (pois, desse lado, os corpos de prova não sofrerão efeito de saturação - já são

praticamente saturados).



Os corpos de prova compactados na umidade ótima não corresponderão, portanto, a

resistências máximas, mas sim, a máximas resistências estáveis, isto é, que não variam muito com

uma posterior saturação.

Verifica-se, portanto, que é necessário especificar o grau de compactação, a umidade do

solo a ser compactado e o equipamento a ser utilizado (energia de compactação). Portanto, os

aterros bem compactados não serão necessariamente aqueles que apresentam grande resistência,

serão aqueles cuja resistência é estável e independente das estações climáticas.

Figura 4.12

• índice de resistência decresce com o aumento de umidade, desde que o solo não seja

previamente saturado.

• Grandes energias de compactação curva íngreme e resistência alta;

• pequenas energias de compactação curva abatida e resistência menor;

• hót não corresponde a nenhum valor máximo ou singular da resistência.

• com saturação, ocorre queda de resistência no ramo seco de compactação e a resistência na hót

torna-se a maior resistência estável.



7 ATERROS EXPERIMENTAIS

Em obras de grande vulto, justifica-se a construção de aterros experimentais. Um pequeno

aterro com o solo selecionado para a obra, com 200 m de extensão, por exemplo, subdividido em 4

a 6 subtrechos com umidades diferentes, é compactado com o equipamento previsto. Depois de um

certo número de passadas do equipamento, determina-se a umidade de cada subtrecho e a densidade

seca atingida. Repetindo-se o procedimento para diversos números de passadas do equipamento, ou

para equipamentos diferentes, várias curvas podem ser obtidas, ou a eficácia do equipamento pode

ser estabelecida.

Figura 4.13

𝑮𝑪 = 𝜸𝒔 𝒄𝒂𝒎𝒑𝒐

𝜸𝒔 𝒎á𝒙 𝒍𝒂𝒃 𝒙 𝟏𝟎𝟎(%)



8 ESTRUTURA DOS SOLOS COMPACTADOS

Lado seco – baixa umidade de compactação estrutura floculada.

Para maiores umidades, a repulsão entre partículas aumenta, e a compactação as orienta,

posicionando-as paralelamente, ficando com estrutura dita dispersa.

Figura 4.14

Para uma dada energia de compactação e s o solo tende a ser mais floculado quando

compactado no ramo seco.

Para a mesma umidade, quanto maior a energia de compactação, maior o grau de dispersão,

especialmente no ramo seco, mas também no ramo úmido.

Esta estrutura é devida às propriedades dos argilo minerais:

Aumentar h aumentar repulsão interpartículas dispersão sob a mesma energia de

compactação.

Aumentar a energia de compactação colocar as partículas em arranjo paralelo dispersão sob o

mesmo h.



9 COMPACTAÇÃO NO CAMPO

A compactação de campo consiste nas seguintes operações:

a) Escolha da área de empréstimo - que é um problema técnico-econômico. Nesta escolha, devem

ser consideradas distâncias de transporte e também as características geotécnicas do material.

Especial atenção deve ser dada à umidade natural do solo da área de empréstimo em relação à

umidade ótima de compactação, para evitar gasto muito alto no acerto da umidade.

Figura 4.15

b) Transporte e espalhamento do solo - a espessura da camada solta a espalhar deve ser

compatível com a espessura final, que geralmente é estabelecida em 15 a 20 em, pois o efeito dos

equipamentos não atinge profundidades maiores do que estas. A espessura de espalhamento

depende do tipo de solo, mas geralmente 22 a 23 em de solo solto resultam numa camada de 15 em

de solo compactado.

Figura 4.16



Figura 4.17

c) Acerto da umidade - que é conseguido por irrigação ou aeração, seguidas de revolvimento

mecânico do solo de maneira a homogeneizá-lo.

Figura 4.18 Figura 4.19

d) Compactação propriamente dita - os equipamentos devem ser escolhidos de acordo com o tipo

de solo. Rolos pé-de-carneiro são adequados para solos argilosos, por penetrar na camada nas

primeiras passadas, atingindo a parte inferior da camada e evitando que uma placa superficial se

forme e reduza a ação do equipamento em profundidade. Rolos pneumáticos são eficientes para

uma grande variedade de solos, devendo ter o seu peso e a pressão dos pneus adaptada em cada

caso. Rolos vibratórios são especialmente aplicados para solos granulares. O próprio equipamento

de transporte dos solos provoca sua compactação. Em aterros pequenos de pouca responsabilidade,

um caminhão de transporte, ou uma pá carregadeira pesada, carregado podem substituir um

equipamento específico de compactação. Deve-se notar que, em virtude da reduzida dimensão dos

pneus, eles podem provocar uma heterogeneidade no aterro. Muita atenção deve ser dispensada,

nestes casos, para se conseguir uma razoável homogeneidade.



Figura 4.21

Figura 4.20

Figura 4.22

Figura 4.23



e) Controle da compactação - as especificações não fixam intervalos de umidade e de densidade

seca a serem obtidos, mas um desvio de umidade em relação à umidade ótima (por exemplo, entre

hót - 1% e hót +1%, ou hót -2% e hót e um grau mínimo de compactação (por exemplo, GC > 95%).

Esta prática decorre do fato de que, numa área de empréstimo, o solo sempre apresenta alguma

heterogeneidade. Duas amostras retiradas de uma mesma área de empréstimo apresentam curvas de

compactação distintas, podendo a umidade ótima, por exemplo, apresentar diferenças de 2 a 4%. O

comportamento de dois solos de uma mesma área com curvas de compactação um pouco diferentes,

é bastante semelhante se os dois forem compactados com o mesmo desvio de umidade e o mesmo

grau de compactação. Tal fato não ocorre se os dois forem compactados com a mesma umidade e a

mesma densidade seca, que corresponderiam a desvios de umidade e graus de compactação

diferentes. As especificações de compactação são feitas, em cada caso, em função das propriedades

pretendidas para o aterro.

Para aterros de menor responsabilidade, é especificado um grau de compactação de 95% do Ensaio

Normal, deixando-se a umidade a critério do construtor, que naturalmente procurará ajustar a

umidade de maneira a ter um bom aproveitamento do seu equipamento.

Figura 4.24

10 DETERMINAÇÃO DE s e h NO CAMPO

A) Determinação da Densidade Natural:

A-1) Método da Cravação de Cilindro: consiste na cravação de um cilindro biselado de volume

padrão e peso conhecido e posterior pesagem do conjunto.

A-2) Método do Frasco de Areia: escava-se um furo no solo em condições padronizadas, pesa-

se e mede-se o volume através da introdução de areia contida em um frasco graduado.

A-3) Método da Balança Hidrostática: retira-se um bloco indeformado de solo, pesa-se,

parafina-se, pesa-se novamente e a seguir mede-se o volume através de pesagem na

balança hidrostática.



B) Determinação da umidade

B-1) Speedy Moisture Test: aparelho padronizado no qual se faz a água do solo reagir com

carbureto de cálcio, medindo-se a pressão de gás resultante (muito bom para areias, mas

falhos para argilas)

B-2) Processo da Frigideira: seca-se o solo em chapa dou frigideira sobre a chama direta (Bom

para areias sem material orgânico).

Figura 4.26

Figura 4.25

Figura 4.27

11 COMPACTAÇÃO DE SOLOS GRANULARES

Os ensaios de compactação, como descritos, não são muito empregados para areias e pedregulhos,

puros ou com reduzida quantidade de finos. A compactação destes materiais, tanto no campo como

no laboratório, se faz muito melhor por meio de vibração. Maiores densidades secas são

conseguidas com a areia saturada, e depois com a areia seca. Teores de umidade intermediários

podem resultar em menores densidades secas, em virtude das tensões capilares que constituem uma

resistência ao rearranjo das partículas.

A compactação das areias tem sido controlada por meio da compacidade relativa. De maneira geral,

é especificado que seja atingida uma compacidade relativa igualou superior a 65 ou 70%.

Compacidade acima de 66% colocaria as areias na categoria de compacta.

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