Aula 4 - Compactação-de-Solos

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1
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA – DECIV
LABORATÓRIO DE PAVIMENTAÇÃO
Compactação dos Solos
Terraplenagem & Pavimentação – ENG01020
Prof. Lélio Brito, PhD
Deise Favero, Ma.
6
❑ Conceito: compactação é a densificação do solo por meio
de equipamento mecânico, destinado a reduzir o volume
de solos ou outros materiais, por meio da redução de
volume de ar.
❑ Solos como material de construção e como fundação da
rodovia;
Introdução
2
6
❑ Densificação: redução de vazios
Introdução
↓ deformabilidade
↑ resistência
↓ permeabilidade
↓ susceptibilidade à 
∆ω
Sólidos Água Ar
6
❑ Solos que não apresentam as condições requeridas pela
obra:
➢ pouco resistente;
➢ muito compressível;
➢ características que deixam a desejar do ponto de
vista econômico.
Introdução
Quando utilizar a compactação?
Na pavimentação: compactação
das camadas superiores (mais
delgadas), as quais são compostas
por material de melhor qualidade.
3
6 Ensaio de compactação
❑ Relação entre compactação de
laboratório (número de golpes
com soquete) e de campo
(número de passagens do rolo);
❑ Umidades muito baixas: atrito
grão a grão é muito alto e não se
consegue uma densificação
adequada;
❑ Umidades mais elevadas: a água
provoca um certo efeito de
lubrificação entre as partículas
que se acomodam em um arranjo
mais compacto.
Ralph Proctor
1933: “Para dada energia, a 
massa específica é função 
da umidade do solo”
“Ensaio de Proctor”
6 Ensaio de compactação
❑ A partir de certa umidade, não se
consegue mais expulsar o ar dos
vazios pois os canalículos não são
mais interconectados. O ar fica
envolto por água e não consegue
sair do interior do solo;
❑ Durante o processo de
compactação, a massa de
partículas sólidas e de água
permanecem constantes, o que
se altera é o índice de vazios;
❑ Diferentes energias para
diferentes graus de compactação.
Ralph Proctor
1933: “Para dada energia, a 
massa específica é função 
da umidade do solo”
“Ensaio de Proctor”
4
6 Ensaio de compactação
6
Um solo, quando transportado e depositado para a
construção de um aterro, fica num estado relativamente fofo
e heterogêneo e, portanto, além de pouco resistente e
muito deformável, apresenta comportamento diferente de
local para local ➔ empolamento.
Ensaio de compactação
Solo
Condição 
em que está
Convertido em solo
Natural Solta Compactada
Areia
Natural 1,00 1,11 0,95
Solta 0,90 1,00 0,86
Compactada 1,05 1,17 1,00
Argila
Natural 1,00 1,43 0,90
Solta 0,70 1,00 0,63
compactada 1,11 1,59 1,00
Fatores médios de conversão de volumes para diversos tipos de terrenos 
5
6 Ensaio de compactação
Procedimento do ensaio:
1
Destorroar e umedecer
6 Ensaio de compactação
Procedimento do ensaio:
1 2
Compactar em camadas
6
6 Ensaio de compactação
Procedimento do ensaio:
1 2 3
Raspar o excesso
6 Ensaio de compactação
Procedimento do ensaio:
1 2 3 4
Massa úmida
7
6 Ensaio de compactação
Procedimento do ensaio:
1 2 3 4 5
Umidade
6
Para uma determinada energia existe uma (apenas uma)
umidade que conduz ao máximo valor de densidade ou
massa específica.
Ensaio de compactação
Amostra 1 (A1)
ω(%) 
A2 A4
A5
A3
Ótimo ω(%) 
γd γd
8
6 Ensaio de compactação
Ramo úmido
Elevada saturação e
ar ocluso
Ramo seco
Expulsão do ar (< e) e 
redução de atrito
ρd
Ótima
Máxima
ω(%) 
6
Tomando uma massa de solo úmido Ph, com dado volume
inicial, num cilindro e aplicando-lhe um certo número n de
goles através da queda de altura H, de um soquete de peso
P, resulta, após a compactação, em um certo volume V.
Ensaio de compactação
Ec =
n × P × H
V
Energia ou esforço de compactação:
ρh =
Ph
V
Estando o solo num teor de umidade h%, após a compactação:
ρd =
ρh × 100
100 + h
massa específica 
aparente úmida
massa específica 
aparente seca
9
6 Ensaio de compactação
Energias de compactação
Normal 2,5kg
25 golpes
h = 30cm
3 camadas
Modificado 5kg
45 golpes
h = 45cm
5 camadas
Intermediária 5kg
30 golpes
h = 30cm
3 camadas
Variações de ensaio:
• com e sem secagem prévia
• com reuso de material
• com material graúdo
6 Ensaio de compactação
Energias de compactação
10
6 Ensaio de compactação
Energias de compactação
6 Ensaio de compactação
Energias de compactação
Ensaio original de Proctor
Somente no Brasil (DNIT)
11
6 Ensaio de compactação
Subleito Sub-base
Energias de compactação
Base
∅ grãos: < 4,8 mm ∅ grãos: > 4,8 mm
6 Ensaio de compactação
Subleito Sub-base
Energias de compactação
Base
∅ grãos: < 4,8 mm ∅ grãos: > 4,8 mm
Energia de 
compactação
12
6 Ensaio de compactação
Soquete e cilindro: pequenos e grandes
6 Curvas típicas de compactação
CURVAS DE COMPACTAÇÃO
12
13
13
14
14
15
15
16
23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Umidade (%)
D
en
si
d
ad
e 
A
p
ar
en
te
 S
ec
a 
(k
N
/m
³)
Energia Normal
 Energia Intermediária
Energia Modificada
Polinômio ( Energia
Intermediária)
Fonte: Bonafé, 2003
13
6 Curvas típicas de compactação
6 Curvas típicas de compactação
Fonte: Wallau (2004)
CURVAS DE COMPACTAÇÃO
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
Umidade (%)
D
e
n
s
id
a
d
e
 A
p
a
re
n
te
 S
e
c
a
 (
k
N
/m
³)
10%Solo e 90% Agregado
20%Solo e 80% Agregado
30%Solo e 70% Agregado
40%Solo e 60% Agregado
50%Solo e 50% Agregado
100% Solo
14
6 Equipamentos para compactação em campo
Os equipamentos de compactação são divididos em 2
categorias: os soquetes mecânicos e os rolos
compressores.
6 Rolos compressores
❑ Rolo liso
❑ Rolo vibratório
❑ Rolo pneumático
❑ Rolo pé-de-carneiro
❑ Rolo combinado
❑ Rolos especiais: Rolo de grade
Rolo de placa
1. Rolos compressores
15
6 Rolos compressores
Tambor de aço através do qual se aplica carga ao solo. O
tambor pode estar vazio ou cheio com água, areia ou pó de
pedra (aumento da energia de compactação). Utilizado na
compactação de pedregulhos, areias e pedra britada em
camadas < 15 cm.
Desvantagem: pequena superfície de contato.
Rolo liso
6 Rolos compressores
Rolo dotado de uma massa móvel com excentricidade em
relação a um eixo, provocando vibrações de certa freqüência
(1000 a 4800 ciclos/minuto). Ajustam-se as vibrações para
que entrem em ressonância com as partículas de solo.
Apresentam maior rendimento a baixas velocidades.
Utilizado na compactação de solos granulares (areias,
pedregulhos, britas) lançados em camadas < 15 cm. O efeito
das vibrações cria um rápido entrosamento dos grãos desde o
fundo da camada para a superfície, obtendo altas densidades
pela redução dos vazios de ar dentro da mistura.
Rolo vibratório
16
6 Rolos compressores
Plataforma apoiada em eixos com pneus. O número de pneus
por eixo é variável (3 a 6), mantendo-se um alinhamento
desencontrado para melhor cobertura. A pressão de contato é
função da pressão interna dos pneus. É aumentada a carga
por roda com o emprego de lastro.
Empregado para quase todos tipos de solos, especialmente
para solos arenosos finos em camadas de até 40 cm.
Rolo pneumático
6 Rolos compressores
Rolo pneumático
17
6 Rolos compressores
Consiste de tambor de aço onde são solidarizadas saliências
(patas) dispostas em fileiras desencontradas (90 a 120 por
rolo).
O pisoteamento propicia o entrosamento entre as camadas
compactadas. A medida que vai aumentando a compactação,
há menor penetração, resultando maior pressão de contato.
Empregado na compactação de solos coesivos (argilas e siltes)
em camadas de 10 a 20 cm.
Rolo pé-de-carneiro
6 Rolos compressores
Rolo pé-de-carneiro
18
6 Rolos compressores
❑ Rolo de grade: rolo que na superfície lisa é solidarizada
grade de malha quadrada. Compactação de material
granular ou solos muito entorroados;
❑ Rolo de placas: rolo que na superfície lisa são solidarizados
segmentos de placa descontínuos.
Rolos especiais
6 Rolos compressores
Combinação de tipos básicos. Ex: rolos pneumáticos ou lisoscom dispositivo vibratório.
Rolos combinados
19
6 Soquetes
São compactadores de impacto utilizados em locais de difícil
acesso para os rolos compressores, como em valas,
trincheiras, etc.
Possuem peso mínimo de 15 kgf, podendo ser manuais ou
mecânicos (sapos).
A camada compactada deve ter 10 a 15 cm para o caso dos
solos finos e em torno de 15 cm para o caso dos solos grossos.
2. Soquetes
6 Soquetes
2. Soquetes
[1] De percussão tipo sapo
[2] Tipo placa
[3] Tipo placa reversível.
20
6 Equipamentos para compactação em campo
6 Equipamentos para compactação em campo
21
6 Princípios para compactação em campo
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
Energia transferida pelo equipamento ao solo:
Onde:
P = peso próprio do equipamento (pressão estática)
N = número de passadas do equipamento
v = velocidade do rolo
e = espessura da camada
a. Energia de compactação
E = f ∙
P ∙ N
V ∙ e
22
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
❑ Aterros experimentais
❑ Fenômeno do Borrachudo
a. Energia de compactação
d
número passada c/ rolo
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
❑ ω < ωcompactação → irrigação: caminhão tanque com
barra de distribuição e bomba hidráulica;
❑ ω > ωcompactação → aeração: exposição a vento e ao sol,
com espalhamento por arados, grades,
pulviromisturadores ou motoniveladores.
b. Umidade do solo
23
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
❑ Grau de compactação aumenta substancialmente nas
primeiras passadas, e as seguintes não contribuem
significativamente para essa elevação;
❑ Resultados experimentais indicaram que um número
excessivo de passadas produz super compactação
superficial, principalmente em se tratando de rolo vibratório;
❑ Insistir em aumentar o número de passadas pode produzir
perda no grau de compactação, por destruição de uma
estrutura que acabou de ser formada, além de perda de
produção e desgaste excessivo do equipamento,
principalmente por impacto em superfície já endurecida;
❑ Geralmente é preferível aumentar o peso e/ou diminuir a
velocidade do equipamento.
c. Número de passadas
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
❑ Por razões econômicas, prefere-se que a espessura seja a maior
possível;
❑ No entanto, o que predomina na decisão são as características
do material, o tipo de equipamento e a finalidade do aterro;
❑ Equipamentos diversos exigem espessuras de camada
diferentes;
❑ Geralmente se adotam espessuras menores que as máximas,
para garantir compactação uniforme em toda a altura da camada.
❑ Em obras rodoviárias, fixa-se em 30 cm a espessura máxima
compactada de uma camada, após compactação, aconselhando-
se como normal 20 cm, para garantir a homogeneidade. Para
materiais granulares, recomenda-se no máximo 20 cm
compactados. Resultados obtidos com aterros experimentais
podem modificar tais especificações
d. Espessura da camada
24
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
d. Espessura da camada
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
Acamada de solo solto deve ser pulverizada de forma
homogênea. Deve-se evitar torrões secos ou muito
úmidos, blocos e fragmentos de rocha.
e. Homogeneização
A frequência recomendada é de 1500 a 3000 vibrações
por minuto, mas alteração entre esses valores altera
pouco o efeito da compactação. Já a amplitude
aumentada causa sensível aumento no grau de
compactação, para todas as frequências pois acrescenta
ao peso do rolo vibratório o efeito de impacto.
f. Amplitude e frequência das vibrações
25
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
A movimentação dos pé-de-carneiro em baixa velocidade
acarreta maior esforço de compactação, mas a medida que a
parte inferior da camada se adensa, a velocidade aumenta
naturalmente. A velocidade de um rolo compactador é função da
potência do trator. Ao início, usar 1ª marcha, mas a medida que
o solo se adensa, usar a segunda marcha. Rolos pneumáticos
admitem velocidades da ordem de 10 a 15 km/h, rolos pé-de-
carneiro 5 a 10 km/h e vibratórios de 3 a 4 km/h. Aos primeiros
são recomendadas essas velocidades maiores, porque as
ações dinâmicas oriundas do seu grande peso acusam os
pontos fracos de compactação, principalmente quando esta é
feita em umidade superior à ótima (aparecem borrachudos).
g. Velocidade de rolagem
A baixa velocidade recomendada para o equipamento
vibratório permite a compactação com menor número de
passadas, pelo efeito mais intenso das vibrações.
6
Fatores que influem na compactação e escolha dos
equipamentos a utilizar
Onde:
L = largura do rolo compressor (m);
E = espessura da camada (cm);
V = velocidade do rolo (km/h);
N = número de passadas do rolo.
Rendimento do rolo compactador:
Para ajuste destes fatores que influem na 
compactação são muitas vezes realizadas 
“pistas experimentais”.
R = 10 ∙ L ∙ E ∙ V ∙ N
26
6 Controle de compactação
Valores
típicos
de GC
6 Controle de compactação
As especificações atuais costumam referir-se ao grau de
compactação GC a ser atingido. As especificações do
DNER estabelecem que os aterros deverão ser
compactados, até 60 cm abaixo do greide, atingindo o
peso específico aparente seco correspondente a 95% do
peso específico obtido no ensaio de compactação.
Os últimos 60 cm do aterro, que servirão de subleito para
o pavimento, serão compactados até atingirem 100% do
peso específico obtido no ensaio acima mencionado. A
umidade do material deverá ser a umidade ótima
determinada naquele ensaio, com variação de ± 3%. A
espessura das camadas já compactadas será de 20 a 30
cm.
Grau de Compactação
27
6 Controle de compactação
Comparação entre o grau de compactação obtido (GC) e
o especificado. Determinação do teor de umidade e do
peso específico da massa de solo compactado.
1. Determinação do teor de umidade
▪ Método Speedy (Speedy Moisture Test)
▪ Método da Frigideira
▪ Método Expedito do Álcool
Controle de compactação no campo
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Caminhões Pipa
Aeradores
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.stevenchalmers.com/Gravely/Allied1990/4_BH_Aerator.gif&imgrefurl=http://www.stevenchalmers.com/Gravely/Allied1990/4_BH_Aerator.shtml&h=486&w=800&sz=15&tbnid=XfoUVSZhK5MJ:&tbnh=86&tbnw=141&start=292&prev=/images%3Fq%3Dsoil%2Bcompaction%26start%3D280%26hl%3Dpt-BR%26lr%3D%26ie%3DUTF-8%26sa%3DN
28
6 Controle de compactação
Método Sppedy: DNER ME 052/94
A determinação do teor de umidade de solos e
agregados miúdos com utilização do aparelho “Speedy”
tem base na reação química da água existente em uma
amostra com o carbureto de cálcio, realizada em
ambiente confinado.
O gás acetileno ao expandir-se gera pressão proporcional à
quantidade de água existente no ambiente. A leitura dessa
pressão em um manômetro permite a avaliação do teor de
umidade de amostras.
Controle de compactação no campo
CaC2 + 2 H2O → C2 H2 + Ca (OH)2
(carbureto de cálcio + água → acetileno e hidróxido de cálcio)
6 Controle de compactação
Método Sppedy: DNER ME 052/94
Controle de compactação no campo
Conjunto “Speedy”:
garrafa + tampa + manômetro,
tabela ou curva de calibração
do aparelho e eventualmente
duas ou três esferas de aço.
29
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método Sppedy: DNER ME 052/94 – execução
Colocar uma amostra de solo na câmara do aparelho
“Speedy”. Introduzir as esferas de aço e a ampola com
carbureto de cálcio. Agitar repetidas vezes a câmara
para a quebra da ampola (surgimento de pressão
assinalada no manômetro). Consultar tabela de aferição
com leitura manométrica e peso de amostra para
determinação da porcentagem de umidade em relação
ao peso total de amostra úmida.
 = teor de umidade em 
relação ao pesoseco (%)
speedy = teor de umidade do 
aparelho (%)
ω =
𝜔𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑𝑦
100 − 𝜔𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑𝑦
∙ 100
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método da frigideira
O processo expedito mais comumente empregado é o
processo da frigideira.
Com uma frigideira e fogareiro faz-se a secagem
violenta e rápida, no próprio campo, das amostras.
Esse processo tem a desvantagem de queimar a
matéria orgânica e retirar água de cristalização da argila.
30
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método expedito do álcool
➢ DNER ME 088/94
A umidade é determinada misturando-se álcool etílico á
amostra e posterior queima da mistura.
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Umidade Speedy
Álcool
Frigideira
Densidade natural Cilindro Cortante – Argila
Frasco de Areia – Areias e Pedregulhos
❑ Ensaios de Controle
❑ Métodos Diretos
31
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do frasco de areia
FRASCO DE 
AREIA
REGISTRO
VOLUME 
ESCAVADO
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do frasco de areia
➢ DNER ME 092/94 ou ABNT 7185/86
O método utiliza-se um frasco de areia ao qual se adapta
um funil munido de um registro. Após ter-se escavado
um volume determinado no solo, enche-se o buraco
resultante com areia de densidade conhecida contida no
frasco. Comparando o peso necessário para encher o
buraco com o peso da amostra escavada, temos a
densidade do solo naquele ponto, ou seja, a diferença de
peso, antes e depois do enchimento do furo observada
no frasco de areia, dividido pelo peso específico da areia
(γareia), fornece o volume V procurado.
32
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do frasco de areia
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do cilindro de cravação
➢ ABNT 9813/87
O amostrador é um cilindro oco com a parte inferior em
bisel e cujas dimensões internas são conhecidas,
permitindo o cálculo do volume V. O amostrador é
cravado no solo por percussão, retirando-se a amostra
(peso úmido – W). Conhecendo-se o teor de umidade da
amostra, calcula-se o peso seco da amostra e
determina-se diretamente γd campo. Este processo tem a
vantagem de trabalhar com a amostra não perturbada, o
que daria maior precisão ao método.
33
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do cilindro de cravação
Cilindro de cravação Cilindro e anéis biselados
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do cilindro de cravação – exemplo
34
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do cilindro de cravação – exemplo
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do óleo
Executa-se um furo de 10 cm de diâmetro por 15 a 20 cm de
altura, retirando-se cuidadosamente o solo, e determina-se o
peso úmido (W) do material que ocupava o volume (V) do furo,
que não se conhece. Para o cálculo do peso específico natural
(γ), resta a determinação deste volume. Basta colocar numa
proveta certa quantidade de óleo de motor (SAE 30), cujo o
peso específico (γóleo) é ensaiada previamente no laboratório,
pesando-se o conjunto tara + óleo (W’). Em seguida enche-se
o furo até que o óleo ocupe o volume V, em sua totalidade, e
novamente pesa-se a tara + óleo (W’’).
V =
W′ −W′′
γóleo
35
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método do Balão de Borracha (densímetro)
➢ DNER ME 036/94
Consiste na introdução de um balão de borracha num
buraco previamente perfurado, que quando cheio de
água, permite a leitura do volume que a amostra
ocupava. Conhecendo-se o peso, determina-se a massa
específica aparente. É um método usado para solos
coesivos ou que foram compactados. Não se adapta a
solos moles que se deformem sob uma pequena pressão
ou em que o volume do buraco não possa ser mantido
num valor constante.
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método Nuclear
Desde o final da década de 50 vem sido testado ,
utilizado e aperfeiçoado o método de determinação de
umidade e densidade de solos através da energia
nuclear. Ele apresenta 2 grandes vantagens: rapidez e
confiabilidade. Tem sido comprovado na prática que o
método é de seis a dez vezes mais rápido do que os
tradicionais, possibilitando assim uma grande economia
na obra. Os resultados são gerados através de um
processo que elimina toda uma série de erros humanos
ou de equipamento e material (balança descalibrada,
areia fora das especificações, etc).
36
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Método Nuclear
➢ Densidade
A medição se faz através da emissão de raios gama, por
uma fonte radioativa. Este raios são contados por um
detector após terem atravessado o material.
Dependendo da densidade, o número de raios que
chegam ao detector será maior ou menor. Existem 2
opções para a operação, dependendo do material e de
sua espessura:
▪ retrotransmissão
▪ transmissão direta
6 Controle de compactação
37
6 Controle de compactação
Controle de compactação no campo
Métodos indiretos
Densímetro
Penetrômetro
Controle no rolo
6 Controle deflectométrico
Viga Benkelman
38
4 Leituras complementares
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações.
Rio de Janeiro: LTC. v.1. 1989.
DNER. Manual de Pavimentação. Rio de Janeiro. 1998
INGLES, METCALF Soil Stabilization – Principle and
Parctice. Sydney, 1972. 347p.
PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos em
16 Aulas. São Paulo: Oficina de Textos. 2000. 247p.
VARGAS, M. Introdução à Mecânica dos solos e suas
aplicações. São Paulo: Mcgrall Hill. 1987.
4 Referências
Notas de aula dos professores Thaís Radünz Kleinert, 
Washington Peres Núñez e William Fedrigo.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Solo – ensaio 
de compactação. NBR 7182. Rio de Janeiro: ABNT, 2016. 
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. Solos 
– ensaio de compactação utilizando amostras 
trabalhadas. DNER-ME 162. Rio de Janeiro: DNER, 
1994. 
PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos em
16 Aulas. São Paulo: Oficina de Textos. 2000. 247p.
39
ESCOLA DE ENGENHARIA
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