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<p>INTRODUÇÃO À</p><p>GEOTECNIA</p><p>Júlia Hein Mazutti</p><p>Ensaio de compactação:</p><p>Proctor normal,</p><p>intermediário e modificado</p><p>Objetivos de aprendizagem</p><p>Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:</p><p> Reconhecer a importância dos ensaios de compactação de solos.</p><p> Elaborar ensaios de compactação de solos em laboratório.</p><p> Avaliar os resultados de ensaios de compactação de solos.</p><p>Introdução</p><p>Quando pensamos em grandes obras de engenharia, é comum lem-</p><p>brarmos de elementos como concreto ou metal, como encontrados em</p><p>arranha-céus, estádios e pontes. Porém, as obras de terra também podem</p><p>envolver projetos de grande porte, como barragens, rodovias e aterros</p><p>de vasta amplitude. Nessas obras, é comum o emprego de técnicas de</p><p>melhoramento de solos para alcançar as propriedades mecânicas adequa-</p><p>das. Nesse âmbito, a compactação é uma das técnicas de melhoramento</p><p>de solo mais utilizadas em obras de terra.</p><p>Neste capítulo, você conhecerá a utilização e a importância dessa</p><p>técnica. Para isso, estudará os ensaios Proctor de compactação, como</p><p>realizá-los e como montar a curva de compactação do solo. Verá ainda</p><p>as características das curvas de compactação e o papel da umidade</p><p>ótima do solo e do peso específico seco máximo no dimensionamento</p><p>de obras de terra de engenharia.</p><p>1 A importância dos ensaios</p><p>de compactação</p><p>A compactação é uma técnica utilizada para aumentar a densidade rela-</p><p>tiva (ou compacidade) dos solos. O principal objetivo da compactação é</p><p>melhorar as propriedades do solo em questão, mediante redução da sua</p><p>compressibilidade, aumento da sua resistência e redução da sua permea-</p><p>bilidade. A estrutura mais compacta do solo (Figura 1) apresenta menor</p><p>índice de vazios, menos deformabilidade e maior resistência do que sua</p><p>estrutura não compactada.</p><p>Figura 1. Estrutura do solo antes da compactação, à esquerda, e depois da</p><p>compactação à direita.</p><p>Fonte: Silva (2016, documento on-line).</p><p>A compactação de solos pode ser utilizada em diversas obras, como</p><p>construção de aterros, construção de camadas de pavimentos, barragens</p><p>de terra, melhoramento de solos para fundações e reaterro em muros de</p><p>arrimo. A compactação em campo é realizada basicamente lançando-se o</p><p>material de empréstimo e passando equipamentos que transmitam energia de</p><p>compactação ao solo. O chamado material de empréstimo pode ser oriundo</p><p>de jazida ou do próprio local da obra, dependendo das exigências do projeto.</p><p>Os equipamentos de compactação podem ser:</p><p>Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado2</p><p> de pressão estática, geralmente aplicada por rolo de cilindro liso,</p><p>pneu ou pé-de-carneiro (Figura 2a);</p><p> de vibração, aplicada por rolos e compactadores vibratórios</p><p>(Figura 2b);</p><p> de impacto, aplicado por apiloadores e cargas de impacto, às vezes</p><p>soltas de grandes alturas por guindastes (Figura 2c).</p><p>Figura 2. Equipamentos de compactação: (a) rolo pé-de-carneiro; (b) rolo liso vibratório;</p><p>(c) carga de impacto içada por guindaste.</p><p>Fonte: (a) bogdanhoda/Shutterstock.com; (b) Budimir Jevtic/Shutterstock.com; (c) Miotto (2016, do-</p><p>cumento on-line).</p><p>Mas como podemos quantificar a compactação dos solos? Há um limite</p><p>de compactação, por exemplo? E do que depende e o que define uma boa</p><p>compactação? Para responder essas perguntas, o engenheiro norte-americano</p><p>Ralph Proctor descreveu em 1933 os princípios fundamentais da compac-</p><p>tação de solos, criando o ensaio Proctor, conhecido universalmente como o</p><p>ensaio de compactação de solos. Proctor estabeleceu a relação entre o grau</p><p>de compactação do solo, o tipo de solo, seu peso específico e seu teor de</p><p>umidade. A partir da interação entre essas variáveis, pode-se definir uma</p><p>curva de compactação para cada solo (Figura 3).</p><p>3Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado</p><p>Figura 3. Curva de compactação, onde w = umidade, wot = umidade</p><p>ótima, γd = peso específico seco do solo, γd máx = peso específico máximo</p><p>do solo e S = saturação.</p><p>Fonte: Adaptado de Trindade et al. (2003).</p><p>Para uma dada energia de compactação, Proctor descobriu que existe</p><p>uma umidade ótima (wot) que possibilita a obtenção de um peso específico</p><p>seco máximo do solo (γd máx) por compactação. Para umidades superiores</p><p>ou inferiores à umidade ótima, o peso específico do solo diminui. O ramo</p><p>que representa umidades menores que a umidade ótima é chamado de ramo</p><p>seco, e o ramo que apresenta maiores umidades, ramo úmido. No ramo</p><p>seco, o solo não está saturado, fazendo com que com as tensões capilares</p><p>sejam reduzidas, o que facilita o movimento entre as partículas e sua</p><p>compactação. Já no ramo úmido, o aumento da umidade faz com que o</p><p>excesso de água presente no solo absorva parte considerável da energia</p><p>de compactação.</p><p>Na Figura 3, também podemos perceber também as linhas de mesmo</p><p>grau de saturação do solo. Para S = 1, por exemplo, o solo está totalmente</p><p>saturado. Os pontos de umidade ótima e peso específico máximo do solo</p><p>situam-se em torno de 80 a 90% de saturação (PINTO, 2006). A família</p><p>de curvas de mesmo grau de saturação do solo dependem somente do</p><p>peso específico dos sólidos (γs), e podem ser estabelecidas pela seguinte</p><p>equação:</p><p>Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado4</p><p>onde:</p><p>γd é o peso específi co da água;</p><p>S é o grau de saturação;</p><p>γs é o peso específi co dos sólidos;</p><p>γw é o peso específi co da água;</p><p>w é a umidade.</p><p>Existem algumas diferenças importantes entre os processos de compactação e adensa-</p><p>mento de solos. Enquanto a compactação ocorre pela expulsão de ar nos seus vazios,</p><p>no processo de adensamento a expulsão de água dos vazios é predominante (LEÃO,</p><p>2018). Além disso, para a compactação, geralmente utilizam-se cargas dinâmicas para</p><p>obtenção imediata do efeito desejado. Por sua vez, o adensamento costuma estar</p><p>relacionado com o efeito de sobrecargas estáticas por um longo período sobre os</p><p>solos (podendo durar muitos anos).</p><p>Os valores típicos de diferentes solos podem ser observados na Figura 4.</p><p>Pinto (2006) destaca que, de maneira geral, solos argilosos apresentam umi-</p><p>dades ótimas mais altas e densidades secas mais baixas. É comum encontrar</p><p>em argilas valores de umidade ótima na faixa de 25–30%, correspondendo</p><p>a densidades secas máximas de 1,5 a 1,4 kg/dm3. Solos siltosos, por sua vez,</p><p>possuem densidades secas máximas na ordem de 2,0 a 2,1 kg/dm3 e areias finas</p><p>argilosas, 1,9 kg/dm3. É importante destacar que os resultados apresentados</p><p>na Figura 4 são indicativos de ordem de grandeza, pois pode haver bastante</p><p>diferença entre amostras de mesma origem.</p><p>5Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado</p><p>Figura 4. Curvas de compactação para diversos tipos de solo.</p><p>Fonte: Adaptada de Pinto (2006).</p><p>A partir da análise da curva de compactação dos solos, pode-se prever</p><p>quanto material será necessário compactar (ou seja, quanto material será</p><p>necessário utilizar em determinado projeto) e qual resistência pode-se</p><p>atingir com determinado material. Agora que você já conhece a curva de</p><p>compactação, vamos entender como podemos obtê-la a partir de ensaios</p><p>de laboratório.</p><p>2 Realização de ensaios de compactação</p><p>Para obter a curva compactação do solo, realiza-se o ensaio Proctor,</p><p>normatizado no Brasil pela ABNT NBR 7182:2016. Tal ensaio consiste</p><p>basicamente em compactar o solo em estudo dentro de um cilindro, em</p><p>Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado6</p><p>um determinado número de camadas, por meio da queda de um soquete.</p><p>Realiza-se um ensaio para cada umidade, obtendo-se para cada ensaio um</p><p>ponto correspondente da curva de compactação. A curva de compactação</p><p>pode ser traçada após a obtenção de geralmente cinco ou seis pontos no</p><p>gráfi co (PINTO, 2006).</p><p>Os ensaios Proctor mais conhecidos são o ensaio Normal, o Intermediário e</p><p>o Modificado, sendo suas execuções muito similares. O ensaio mais utilizado</p><p>continua sendo o pioneiro, ensaio Proctor Normal (PINTO, 2006). A diferença</p><p>entre os três tipos de ensaios citados está no peso</p><p>do soquete utilizado, na</p><p>altura de queda, nos golpes por camada e no número de camadas, conforme</p><p>mostrado no Quadro 1.</p><p>Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2016).</p><p>Cilindro</p><p>(diâmetro</p><p>× altura)</p><p>Características</p><p>inerentes a</p><p>cada energia de</p><p>compactação</p><p>Energia</p><p>Normal Intermediária Modificada</p><p>Pequeno</p><p>(10 cm ×</p><p>12,73 cm)</p><p>Soquete Pequeno Grande Grande</p><p>Número de camadas 3 3 5</p><p>Número de golpes</p><p>por camada</p><p>26 21 27</p><p>Grande</p><p>(15,24 cm ×</p><p>11,43 cm)</p><p>Soquete Grande Grande Grande</p><p>Número de camadas 5 5 5</p><p>Número de golpes</p><p>por camada</p><p>12 26 55</p><p>Quadro 1. Especificações para ensaios Proctor Normal, Intermediário e Modificado</p><p>Por essas diferenças, a energia empregada para realizar cada tipo de ensaio</p><p>é diferente. Quanto maior a energia transmitida na compactação, mais o solo</p><p>se compacta, ou seja, cada um desses ensaios gera uma curva de compactação</p><p>diferente (Figura 5).</p><p>7Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado</p><p>Figura 5. Curvas de compactação para diferentes energias.</p><p>Fonte: Adaptada de Pinto (2006).</p><p>Desse modo, Pinto (2006) destaca que a densidade seca máxima e a umidade</p><p>ótima do solo determinadas a partir dos ensaios não são índices físicos do solo</p><p>em si, pois dependem, na realidade, da energia aplicada no ensaio. A energia</p><p>aplicada em cada ensaio pode ser calculada pela expressão:</p><p>onde:</p><p>EC é a energia de compactação;</p><p>M é a massa do soquete;</p><p>H é a altura de queda do soquete;</p><p>Ng é o número de golpes por camada;</p><p>Nc é o número de camadas;</p><p>V é o volume de solo compactado.</p><p>Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado8</p><p>Exemplos de equipamentos utilizados na realização desse tipo de ensaio</p><p>podem ser vistos na Figura 6.</p><p>Figura 6. Equipamentos utilizados nos ensaios Proctor de compactação.</p><p>Fonte: Budhu (2015, p. 129).</p><p>Vejamos a seguir um passo a passo bem prático de como realizar os ensaios</p><p>Proctor para obtenção da curva de compactação.</p><p> Destorroa-se a amostra de solo, deixando-a secar ao ar.</p><p> Quarteia-se a amostra, e em seguida o solo é peneirado.</p><p>O quarteamento de amostras é um procedimento realizado com o objetivo de</p><p>transformar uma amostra de solo em uma amostra menor, mas ainda homogênea e</p><p>representativa do solo estudado. A técnica envolve amontoar a amostra de maneira</p><p>que o solo fique disposto no formato de um cone, para que em seguida seja achatado,</p><p>adquirindo um formato circular. Então, o círculo de solo é partido em quatro partes e</p><p>duas partes diametralmente opostas são eliminadas. O processo é repetido até atingir</p><p>o tamanho de amostra desejado.</p><p>9Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado</p><p> Para o primeiro ensaio, adiciona-se água até atingir cerca de 5% de</p><p>umidade abaixo da umidade ótima.</p><p> Com a umidade uniformizada, coloca-se uma dada quantidade de solo</p><p>em um cilindro-padrão.</p><p> Submete-se a amostra de solo ao determinado número de golpes de</p><p>um soquete, caindo de uma determinada altura. Após esse processo,</p><p>a camada compactada de solo deve ocupar aproximadamente a altura</p><p>estipulada para uma camada.</p><p> Repete-se esse processo até atingir o número de camadas estipula-</p><p>das pelo tipo de ensaio. A altura final deve ser um pouco superior à</p><p>altura total do cilindro, o que é possibilitado pela adição de um anel</p><p>complementar.</p><p> Remove-se o anel complementar e acerta-se o volume, raspando o</p><p>excesso.</p><p> Retira-se a amostra do molde com auxílio do extrator e parte-se a</p><p>amostra ao meio.</p><p> Retira-se uma pequena amostra do material e determina-se a massa</p><p>específica seca e a umidade do solo.</p><p> Destorroa-se a amostra e aumenta-se umidade em cerca de 2%.</p><p> Repete-se o processo, obtendo-se novos pares de umidade e densidade</p><p>seca, até que os valores de densidade seca do solo tenham caído duas</p><p>ou três vezes sucessivamente.</p><p> Ajusta-se a curva de compactação, geralmente traçando-se duas retas</p><p>representado os ramos seco e úmido, e unindo-as por meio de uma</p><p>parábola.</p><p>À primeira vista, pode parecer difícil obter no primeiro ensaio aproximadamente 5% de</p><p>umidade abaixo da umidade ótima. Porém, quando se tem um pouco de experiência</p><p>no manuseio de solos, é simples perceber se ele está acima ou abaixo da umidade</p><p>ótima, pois esta se relaciona diretamente com a textura e com limites de plasticidade</p><p>do solo (PINTO, 2006).</p><p>Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado10</p><p>Agora que você já sabe como executar o ensaio Proctor nas suas diferentes ver-</p><p>sões, obtendo os dados necessários para montar a curva de compactação, veremos</p><p>na próxima seção como analisar e tratar os dados colhidos nos ensaios práticos.</p><p>3 Avaliação dos resultados de ensaios</p><p>de compactação</p><p>A partir das amostras coletadas nos ensaios de compactação, pode-se calcular</p><p>a umidade e o peso específi co seco do solo, que originarão um ponto da curva</p><p>de compactação. A umidade (w) é calculada mediante a secagem da amostra</p><p>de solo coletada do ensaio, aplicando-se a seguinte equação:</p><p>onde:</p><p>w é a umidade;</p><p>Pw é o peso de água;</p><p>Pseco é o peso de solo seco;</p><p>Pcap é o peso da cápsula;</p><p>Pumido é o peso de solo úmido.</p><p>Obtendo-se a umidade, é possível calcular o peso específico seco do solo</p><p>com a equação:</p><p>onde:</p><p>γn é o peso específi co aparente úmido;</p><p>Psolo é o peso úmido de solo compactado (peso do corpo de prova compactado);</p><p>Vmolde é o volume útil do molde cilíndrico.</p><p>Uma dica para analisar os dados coletados de maneira organizada e fácil</p><p>é preparar uma ficha com todos os dados dos equipamentos utilizados e uma</p><p>tabela para coletar os dados, como mostrado no Quadro 2. Assim, ao realizar</p><p>o ensaio, basta preencher os dados diretamente na tabela e calcular os valores</p><p>de umidade e peso específico seco da amostra. A organização de uma tabela</p><p>eletrônica com os cálculos pré-programados torna o processo ainda mais ágil.</p><p>11Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado</p><p>Dados do molde</p><p>cilíndrico:   Peso do soquete: ________________</p><p>Peso: ________________</p><p>Diâmetro:</p><p>________________</p><p>Altura de queda: ________________</p><p>Altura: ________________</p><p>Volume:</p><p>________________</p><p>Ensaios 1 2 3 4 5 6 7</p><p>Peso cilindro + Solo</p><p>úmido (g)</p><p>Peso solo úmido (g)</p><p>Peso específico aparente</p><p>úmido (g/cm3)</p><p>Peso cápsula + Solo</p><p>úmido (g)</p><p>Peso cápsula + Solo</p><p>seco (g)</p><p>Peso da cápsula (g)</p><p>Teor de umidade (%)</p><p>Peso específico seco</p><p>(g/cm3)</p><p>Peso específico seco</p><p>(kN/m3)</p><p>Quadro 2. Modelo de tabela utilizada para realizar ensaios de compactação</p><p>Para entender como utilizar a tabela, vejamos a seguir um exemplo de</p><p>como calcular todos os dados do ensaio de compactação e montar a curva de</p><p>compactação.</p><p>Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado12</p><p>Exemplo</p><p>Você recebeu os dados coletados pelo técnico de um laboratório geotécnico em um</p><p>conjunto de ensaios de compactação, mostrados na tabela a seguir. Monte a curva</p><p>de compactação relativa ao ensaio, sabendo que o peso do cilindro é de 2.380 g e</p><p>seu volume é de 1000 cm3. Determine a umidade ótima e o peso específi co máximo.</p><p>Ensaio 1 2 3 4 5 6</p><p>Peso cilindro +</p><p>Solo úmido (g)</p><p>4.260 4.360 4.450 4.550 4.590 4.560</p><p>Peso cápsula +</p><p>Solo úmido (g)</p><p>73,78 84,56 69,94 92,14 79,10 89,90</p><p>Peso cápsula +</p><p>Solo seco (g)</p><p>71,87 81,70 66,76 88,08 74,61 84,95</p><p>Peso da cápsula (g) 38,40 43,04 32,93 49,45 38,87 50,39</p><p>Resposta: seguindo a ordem proposta no Quadro 2, podemos primeiramente</p><p>determinar o peso do solo úmido subtraindo o peso do cilindro do “Peso cilindro</p><p>+ Solo úmido”. O peso específico aparente úmido é calculado pela fórmula:</p><p>Assim, obtemos os dados da seguinte tabela.</p><p>Ensaios 1 2 3 4 5 6</p><p>Peso cilindro +</p><p>Solo úmido (g)</p><p>4.260 4.360 4.450 4.550 4.590 4.560</p><p>Peso solo úmido (g) 1.880 1.980 2.070 2.170 2.210 2.180</p><p>Peso específico</p><p>aparente úmido (g/cm3)</p><p>1,88 1,98 2,07 2,17 2,21 2,18</p><p>Para calcular a umidade das amostras, utilizamos a equação:</p><p>13Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado</p><p>A partir dela, obtemos os dados da tabela a seguir.</p><p>Peso cápsula +</p><p>Solo úmido (g) 73,78 84,56 69,94 92,14 79,1 89,9</p><p>Peso cápsula + Solo seco (g) 71,87 81,7 66,76 88,08 74,61 84,95</p><p>Peso da cápsula (g) 38,4 43,04 32,93 49,45 38,87 50,39</p><p>Teor de umidade (%) 5,71% 7,40% 9,40% 10,51% 12,56% 14,32%</p><p>Por fim, calculamos o peso específico aparente seco usando:</p><p>E obtemos então os dados da tabela a seguir.</p><p>Peso específico seco (g/cm3) 1,78 1,84 1,89 1,96 1,96 1,91</p><p>Peso específico seco (kN/m3) 17,43 18,07 18,54 19,24 19,24 18,69</p><p>Por fim, podemos traçar a respectiva curva de compactação, que deve ficar</p><p>como mostrado na Figura 7.</p><p>Figura 7. Plotagem obtida com os dados desenvolvidos no exemplo.</p><p>Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado14</p><p>Podemos concluir, então, que o peso específico máximo e a umidade ótima</p><p>são, respectivamente, em torno de 19.4 kN/m3 e 11,5%.</p><p>Assim, fica clara a importância dos ensaios de compactação na engenharia</p><p>geotécnica e como realizá-los em laboratório por meio dos ensaios Proctor.</p><p>Com eles, pode-se determinar o peso específico máximo e a umidade ótima</p><p>do solo, dados muito importantes em projetos que envolvem compactação</p><p>de solos. Cada projeto deve ser sempre analisado e projetado conforme suas</p><p>especificidades e, por isso, os ensaios de compactação devem ser realizados</p><p>levando em conta as peculiaridades de cada obra.</p><p>ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 7182:2016: versão corrigida:</p><p>2020: solo: ensaio de compactação. Rio de Janeiro: ABNT, 2020.</p><p>BUDHU, M. Soil mechanics fundamentals. Hoboken: John Wiley & Sons, 2015.</p><p>LEÃO, M. F. Fundamentos de mecânica dos solos. Londrina: Editora e Distribuidora SA,</p><p>2018. Disponível em: https://docplayer.com.br/155428451-Fundamentos-da-mecanica-</p><p>-dos-solos.html. Acesso em: 10 out. 2020.</p><p>MIOTTO, M. R. Efeitos da compactação dinâmica em solo residual. 2016. Dissertação</p><p>(Mestrado em Engenharia) — Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Ale-</p><p>gre, 2016. Disponível em: https://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/149803. Acesso</p><p>em: 10 out. 2020.</p><p>PINTO, C. de S. Curso básico de mecânica dos solos. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.</p><p>SILVA, A. P. S.; ANDRADE, G. B. de A. Análise da influência da espessura da camada nas</p><p>propriedades do solo compactado. 2016. Relatório (Graduação em Engenharia Civil) —</p><p>Universidade do Vale do Paraíba, São José dos Campos, 2016. Disponível em: https://</p><p>biblioteca.univap.br/dados/000038/000038aa.pdf. Acesso em: 10 out. 2020.</p><p>TRINDADE, T. P. et al. Compactação dos solos. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO SOBRE COLHEITA</p><p>E TRANSPORTE FLORESTAL, 6., 2003, Belo Horizonte. Anais eletrônicos... [S. l.: s. n.], 2003.</p><p>Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/313703122_COMPACTA-</p><p>CAO_DOS_SOLOS. Acesso em: 10 out. 2020.</p><p>15Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado</p><p>Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados, e seu fun-</p><p>cionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a</p><p>rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de</p><p>local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade</p><p>sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links.</p><p>Ensaio de compactação: Proctor normal, intermediário e modificado16</p>