RELATÓRIO COMPACTAÇÃO

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
DISCIPLINA:
LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS SOLOS – 2570
TURMA: 07
RELATÓRIO NO 6
Título da aula prática:
Ensaio de Compactação de Solo
Acadêmico(a):
Arthur Henrique Kenzo Segawa do Amaral RA: 118176
Felipe Cordeiro da Silva RA: 118974
Mikhael Gouveia Dei Tos RA: 116828
Maringá, 08 de novembro de 2022.
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1. OBJETIVO(S)
O objetivo do presente relatório é preencher a tabela do ensaio e construir o gráfico da
curva de compactação a fim de estimar o teor de umidade ótimo, e massa específica aparente
do maior grau de compactação.
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2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A compactação do solo é de suma importância para o ramo de engenharia, uma vez
que ela altera algumas propriedades da estrutura, tais como o índice de vazios, a
permeabilidade, a atração entre as partículas. Sendo assim o estudo dessa propriedade se
fundamenta em alguns aspectos importantes que são a base, para buscar a máxima eficiência
na compactação.
Os principais fatores que influenciam na compactação são o teor de umidade, o tipo e
intensidade de energia aplicada e o tipo de solo. Primeiramente falando sobre os níveis de
energia eles podem ser de 3 tipos, a energia normal, a energia intermediária e a modificada, e
conforme faz se aumentando o nível de energia maior é o grau de compactação. Mas para que
essa energia seja bem implementada ele deve ser aplicada especificamente para o tipo do solo
apropriado, sendo os principais tipos a energia estática, vibração, amassamento e impacto e
cada uma delas tem diferentes empregabilidades em campo, sendo cada uma necessária para
vencer as forças atuantes intergranulares.
O tipos de solo, como sendo ele mais granular ou mais fino vai alterar o
comportamento que ele vai ter ao se aplicar determinada energia, pois cada tipo de solo tem
suas própria interações entre os grãos, sendo forças coesivas como as principais atuantes nos
solos finos, a granulometria do solo também influencia, uma vez que quando muito uniforme
dificilmente os grãos vão ocupar todos os vazios. Um solo com uma granulometria mais
heterogênea e muito mais benéfica, uma vez que grãos menores vão ocupar os espaços entre
os maiores.
O teor de umidade exerce importância fundamental na compactação, uma vez que para
o estudo de teores de umidade acima ou abaixo do ideal diferentes propriedades são mais
atuantes a medida que se altera a umidade. Para um teor de umidade mais baixo que o ideal as
forças capilares são as principais atuantes, as quais são responsáveis por aglutinar os grãos e
dificultar a compactação, à medida que se adiciona água, a partículas criam uma película de
água, o que gera uma lubrificação e ajuda as mesmas a deslizarem e se acomodarem melhor.
Para um teor de umidade acima do ideal, a quantidade em excesso de água acaba por
absorver parte da energia empregada, o que gera pressões intersticiais que dificultam a saída
de ar e prejudicam a acomodação dos grãos. Por isso, os ensaios laboratoriais para definir a
umidade ideal se vê necessário, uma vez que má empregada será um desperdícios de recursos
tentar fazer a compactação sem que haja um estudo prévio.
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3. MATERIAIS E MÉTODOS
Nesta seção do relatório deverão ser descritos os materiais utilizados (solo,
equipamentos, etc.), bem como a metodologia seguida para a realização do ensaio, citando
inclusive as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) tomadas como
referência.
Quando necessário esta seção pode ser subdividida como exemplificado a seguir.
3.1 MATERIAL – O solo
O solo utilizado para esta prática foi retirado de Cidade Gaúcha, do estado do Paraná,
o material foi retirado a uma profundidade de 2 metros. A amostra foi retirado de forma
deformada, ou seja sua características estruturais não foram preservadas, e para a sua
preparação foi seguida a norma ABNT NBR 6457:2016, esta norma diz que o material
coletado deve passar pela peneira de abertura de 76mm, para separar as rochas presentes, em
seguida a amostra deve sofrer a secagem até atingir a umidade higroscópica, posteriormente o
solo deve ser levado ao almofariz, onde os torrões serão quebrados, após essa etapa a amostra
será homogeneizado e passará pelo repartidor até alcançar a quantidade necessária para a
prática. Seguidamente, será verificada se a amostra passa integralmente pela peneira de
4,8mm, caso fique retido uma quantidade, a amostra irá passar na peneira de 19,1mm, com a
finalidade de desmanchar os torrões.
3.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
Os equipamentos utilizados para esta prática foram:
● Peneira de 76mm de abertura;
● Almofariz;
● Mão de gral;
● Repartidor de amostra;
● Peneira 4,8mm de abertura;
● Cápsulas;
● Balança;
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● Estufa;
● Soquete metálico;
● Cilindro metálico;
● Aparelhagem utilizada na compactação.
3.3 MÉTODO(S) DE ENSAIO
Para o método de compactação do solo, foi seguido a norma ABNT NBR 7182:2016,
na prática feita em laboratório o material não foi reutilizado, portanto segundo a norma, na
véspera do ensaio o material deve ser homogeneizado para a determinar a umidade
higroscópica.
Figura 1: Homogeneização da amostra.
Fonte: Material disponibilizado.
Para o começo da prática, primeiramente é necessário abrir a embalagem, contendo a amostra
para cada ponto.
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Figura 2: Abertura da embalagem contendo a amostra.
Fonte: Material disponibilizado.
E em seguida é adicionado a quantidade necessária de água, para atingir um determinado teor
de umidade, requerido para a prática e então o solo é misturado até homogeneizar, como
mostra as figuras 3 e 4.
Figura 3: Adição de água na amostra.
Fonte: Material disponibilizado.
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Figura 4: Homogeneização do material com a água.
Fonte: Material disponibilizado.
Após o material ser homogeneizado, é levado até a peneira para desmanchar os torrões e
também auxiliar na mistura.
Figura 5: Peneiramento do material.
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Fonte: Material disponibilizado.
Com o material peneirado, é feito uma verificação do teor de umidade da amostra, fazendo
uma bola com o solo, como mostra a figura a seguir:
Figura 6: Verificação do teor de umidade da amostra.
Fonte: Material disponibilizado.
Para o começo da prática, é colocado um plástico na base do cilindro, para evitar a aderência
do solo na base metálica.
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Figura 7: Colocação do plástico na base.
Fonte: Material disponibilizado.
Logo após, ocorre a fixação do molde cilíndrico na base metálica.
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Figura 8: Fixação do molde cilíndrico na base.
Fonte: Material disponibilizado.
Com o molde cilíndrico montado, o solo começa a ser depositado e em seguida com o soquete
metálico, a compactação é iniciada.
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Figura 9: Deposição do material no molde.
Fonte: Material disponibilizado.
Figura 10: Compactação do material.
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Fonte: Material disponibilizado.
A amostra sofrerá 26 golpes a cada ponto de umidade, e com o solo compactado, ele é pesado
e as bases são nivelados, como mostra as figuras a seguir:
Figura 11: Pesagem da amostra compactada.
Fonte: Material disponibilizado.
Depois de pesado, o corpo de prova é retirado do molde cilíndrico e uma parte é retirada e
levada para a balança e em seguida na estufa, para a determinação do teor de umidade do solo.
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Figura 12: Retirando o corpo de prova do molde cilíndrico.
Fonte: Material disponibilizado.
Figura 13: Pesagem do material.
Fonte: Material disponibilizado.
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Em seguida é adicionado a quantidade de água necessária para atingir o teor de umidade para
fazer a próxima etapa, e o processo é repetido.
Citar as normas utilizadas tanto na fase de preparação do solo, quanto para a realização
do ensaio realizado na aula prática, descrevendo sucintamente o procedimento adotado.
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4. RESULTADOS
O ensaio de compactação foi realizado em laboratório, o qual é realizado de forma
diferente da qual se fosse em um ambiente deobra, como por exemplo na pavimentação de
uma rodovia. Como dito anteriormente, o ensaio de compactação é constituído por três
principais fases, o solo devidamente preparado em camadas, a liberação da energia pela queda
sucessiva de um soquete com altura de queda fixa e a variação do teor de umidade para cada
corpo de prova.
Primeiramente com a amostra natural de solo da região da Cidade Gaúcha - PR, é
necessário verificar o teor de umidade da mistura para o início do ensaio. Faz-se a pesagem
individual do cilindro que corresponde a 2433 g, após a pesagem adiciona-se o solo natural no
molde e faz-se a compactação do solo em um cilindro de 1004,2 cm³. Após a compactação é
retirado o excesso de solo e faz a pesagem do cilindro + o solo úmido, resultando em 4185 g,
faz a desmontagem do cilindro do solo, quebra-se uma porção do solo para a determinação do
teor de umidade. Realiza-se este procedimento mais quatro vezes, alterando a quantidade de
água adicionada ao solo, com isso foi criado a tabela abaixo com os seguintes dados retirados
durante o ensaio.
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Tabela 01: Dados retirados durante o ensaio de compactação.
Fonte: Autoria própria.
Para o início dos cálculos, primeiramente, deve-se entender que foi realizado o ensaio
para quatro acrescimentos de água nas amostras, com isso, os valores de massa do solo úmido
variam, para calcular este valor, utiliza-se a equação abaixo. Vale a pena relembrar que foi
utilizado o mesmo cilindro para os ensaios, com isso seu volume e sua massa são constantes,
além disso, o número de golpes deverá ser o mesmo (26).
Massa do solo úmido = ( Massa do cilindro + solo úmido) - Massa do cilindro
Para o 1º ponto: Msu = 4185 - 2433 = 1752 g.
Para o 2º ponto: Msu = 4389 - 2433 = 1956 g.
Para o 3º ponto: Msu = 4582 - 2433 = 2149 g.
Para o 4º ponto: Msu = 4640 - 2433 = 2207 g.
Para o 5º ponto: Msu = 4575 - 2433 = 2142 g.
Com as massas dos solos úmidos encontradas para cada acréscimo de água,
consegue-se efetuar o cálculo da massa específica do solo úmido ( ), pois é preciso este valorρ
para futuramente calcular a massa específica do solo seco ( . Calcula-se com a equaçãoρ𝑑)
abaixo:
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(Equação 1)ρ = 𝑀𝑐𝑝 − 𝑀𝑐𝑉𝑐
Onde:
: Massa específica do solo úmido (g/cm³);ρ
Mcp: Massa do cilindro + solo úmido (g);
Mc: Massa do cilindro (g);
Vc: Volume do cilindro (cm³).
Para o ponto 1: ρ = 4185 − 24431004,2 = 1, 745 𝑔/𝑐𝑚³ 
Para o ponto 2: ρ = 4389 − 24431004,2 = 1, 948 𝑔/𝑐𝑚³ 
Para o ponto 3: ρ = 4582 − 24431004,2 = 2, 140 𝑔/𝑐𝑚³ 
Para o ponto 4: ρ = 4640 − 24431004,2 = 2, 198 𝑔/𝑐𝑚³ 
Para o ponto 5: ρ = 4175 − 24431004,2 = 2, 133 𝑔/𝑐𝑚³ 
Com os valores das massas específicas dos solo úmido, consegue-se preencher a
primeira parte da tabela 01, pois estes cálculos podem ser feitos durante o próprio ensaio, já o
próximo passa, é a determinação do teor de umidade, como é realizado pelo método da estufa,
demora cerca de 24h para obtermos os resultados.
Tabela 02: Resultados obtidos para o cálculo da massa espec. aparente do solo seco.
Fonte: Autoria própria.
Além disso, determinamos os teores de umidades através do método da estufa,
entretanto deve-se conhecer alguns valores antes. Para calcular a massa de água (ml) contida
em cada amostra, utiliza-se a seguinte equação:
Massa de água = (Amostra úmida + cápsula) - (Amostra seca + cápsula)
Para a cápsula Nº 1: Ma = 138,24 - 133,14 = 5,10 ml.
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Para a cápsula Nº 17: Ma = 103,56 - 98,53 = 5,03 ml.
Para a cápsula Nº 4: Ma = 107,26 - 100,52 = 6,74 ml.
Para a cápsula Nº 9: Ma = 111,09 - 102,82 = 8,27 ml.
Para a cápsula Nº 113: Ma = 119,78 - 108,61 = 11,17 ml.
Em seguida, a massa de sólidos contida em cada cápsula (g), com a seguinte equação:
Massa de sólidos = (Amostra seca + cápsula) - Massa da cápsula
Para a cápsula Nº 1: Ms = 133,14 - 25,36 = 107,78 g.
Para a cápsula Nº 17: Ms = 98,53 - 24,19 = 74,34 g.
Para a cápsula Nº 4: Ms = 100,52 - 25,61 = 74,91 g.
Para a cápsula Nº 9: Ms = 102,82 - 25,92 = 76,90 g.
Para a cápsula Nº 113: Ms = 108,61 - 22,76 = 85,85 g.
Com todos os valores calculados e captados experimentalmente, consegue-se efetuar o
cálculo dos teores de umidades para cada cápsula, o teor de umidade é de suma importância,
pois interfere diretamente no cálculo da massa específica aparente seca, além disso é preciso
conhecer a umidade ótima para o solo para assim obter a melhor compactação possível. O teor
de umidade é calculado pela equação abaixo.
𝑊 (%) = 𝑀1 − 𝑀2𝑀2 − 𝑀3 𝑥100
Onde:
M1: Massa da amostra úmida + cápsula (g);
M2: Massa da amostra seca + cápsula (g);
M3: Massa da cápsula (g).
Para a cápsula Nº 1: .𝑊 (%) = 138,24 − 133,14133,14 − 25,36 𝑥100 = 4, 73%
Para a cápsula Nº 17: .𝑊 (%) = 103,56 − 98.5398,53 − 24,19 𝑥100 = 6, 77%
Para a cápsula Nº 4: .𝑊 (%) = 107,26 − 100,52100,52 − 25,61 𝑥100 = 9, 00%
Para a cápsula Nº 9: .𝑊 (%) = 111,09 − 102,82102,82 − 25,92 𝑥100 = 10, 75%
Para a cápsula Nº 113: .𝑊 (%) = 119,78 − 108.61108,61 − 22,76 𝑥100 = 13, 01%
Com os valores dos teores de umidades calculados, consegue-se concluir a tabela para
efetuarmos as futuras análises.
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Com os teores de umidades (w) e os valores das massas específicas do solo úmido (ρ)
calculada anteriormente, e a tabela preenchida, consegue-se efetuar o cálculo da massa
específica aparente seca ( ) para assim conseguir realizar posteriormente o gráfico da massaρ𝑑
específica aparente seca em função dos teores de umidades. Para calcular a massa específica
aparente seca, utiliza-se a seguinte equação:
(Equação 2)ρ𝑑 = ρ1 + 𝑤 
Para o ponto 1: ρ𝑑 = 1,7451 + 0,0473 = 1, 666 𝑔/𝑐𝑚³
Para o ponto 2: ρ𝑑 = 1,9481 + 0,0677 = 1, 824 𝑔/𝑐𝑚³
Para o ponto 3: ρ𝑑 = 2,1401 + 0,0900 = 1, 963 𝑔/𝑐𝑚³
Para o ponto 4: ρ𝑑 = 2,1981 + 0,1075 = 1, 984 𝑔/𝑐𝑚³
Para o ponto 5: ρ𝑑 = 2,1331 + 0,1301 = 1, 887 𝑔/𝑐𝑚³
Com todos dados calculados e com a tabela pronta, consegue-se efetuar o gráfico para
determinar a umidade ótima e a massa específica aparente seca máxima.
Tabela 03: Tabela completa com os dados calculados do ensaio.
Autor: Autoria própria.
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Com os resultados obtidos, consegue-se efetuar o gráfico da massa específica aparente
do solo seco em função dos teores de umidade. Para assim determinarmos a massa específica
aparente do solo seco máxima ( e a umidade ótima (Wótima).ρ𝑑𝑚á𝑥)
Gráfico 01: Curva de compactação.
Fonte: Autoria própria.
Ao observar o gráfico 01, pode-se perceber que a curva possui um ponto máximo, o
qual é designado o teor de umidade ótimo e respectivamente a massa específica aparente seca
máxima.
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Gráfico 02: Determinação da umidade ótima e da massa específica aparente seca
máxima.
Ao pegar o ponto mais alto do gráfico, o qual está entre os pontos 3 e 4, chegou-se a
uma umidade ótima de 10,2% e ao rebater no eixo das coordenadas, chegou a uma massa
específica aparente seca de 1,99 g/cm³ a uma energia de compactação normal de 6kgf.cm/cm³.
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5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Alguns fatores podem influenciar na compactação, o principal deles é o teor de
umidade, ao observar o gráfico 02, pode-se visualizar que possui uma região à esquerda e uma
à direita em relação a umidade ótima. A região à esquerda é chamada de ramo seco, ou seja,
os teores de umidade são baixos e isso pode ser prejudicial ao compactar um solo, pois as
forças capilares tendem a aglutinar as partículas, impedindo a aproximação destas quando
sujeitas aos esforços de compactação, à medida que o teor de umidade aumenta há uma
redução das forças capilares, o qual fica mais benéfico a compactação. Desde um valor baixo
de umidade até o teor ótimo, a água envolve as partículas na forma de película promovendo
um efeito lubrificante. Com a energia aplicada, as partículas deslizam mais facilmente e se
acomodam, resultando em um menor índice de vazios.
Já a região à direita da umidade ótima, é a região chamada de ramo úmido, ou seja,
são as amostras as quais estão com excesso de água, além de ocupar grande partedos vazios,
absorve parte da energia de compactação aplicada (gerando pressões intersticiais, altamente
prejudiciais à compactação) dificultando a expulsão do ar (bolhas oclusas) e impedindo a
redução do volume de vazios. O solo nesta região é conhecido como solo ‘’borrachudo’’ pois
ele se comprime e volta, como se fosse um elástico.
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REFERÊNCIAS
NBR 6457:Aparelhagem necessária para o preparo de amostra de solo. Rio de Janeiro, 2016
NBR 7182: Ensaio de compactação. Rio de Janeiro, 2016
GUTIERREZ, Dra. Nelcí Helena Maia. Compactação de solos. Material da aula do dia
18/10/22
SOUZA PINTO, Carlos. Curso básico de mecânica dos solos. São Paulo: Oficina de Textos,
2000.