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Apostila Mecânica dos Solos I - USP

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do ar dos
poros, num processo artificial de pequena duração.
O efeito da compactação resulta na melhoria das qualidades mecânicas e hidráulicas do solo, e
entre elas, o acréscimo de resistência ao cisalhamento e a redução da compressibilidade e dá
permeabilidade.
O índice final de vazios do solo é decorrente do tipo e esta do solo, antes da compactação e da
energia aplicada durante o processo.
Os tipos de compactação usuais podem ser manuais ou mecânicos. Nos processos manuais, utilizam-se
soquetes, em que a energia e aplicada mediante golpes sobre a camada. Nos processos mecânicos,
empregam-se soquetes mecânicos, rolos estáticos (lisos ou dentados) e vibratórios, em que a energia
aplicada depende da tensão aplicada e do número de passadas que se dá sobre a camada.
Historicamente, as técnicas de compactação evoluíram em face dos problemas de estabilidade e
estanqueidade de maciços de barragens e pela imposição da ausência de recalque em pavimentos
rodoviários. Nos dias atuais, é também usada como método de melhorar a capacidade de suporte dos
solos superficiais.
2. Curva de Compactação
A primeira contribuição significativa ao estudo da compactação foi dada por Ralph Proctor, em
1933. Ele descobriu a relação existente entre a massa específica seca, o teor de umidade e a energia de
compactação. Para uma energia fixa, a massa especifica seca aumenta com o teor de umidade até atingir
um valor máximo para decrescer daí por diante, Figura 99.
O teor de umidade, que proporciona a massa especifica máxima, é denominado teor ótimo.
Pode-se, de uma forma geral, explicar o fenômeno da compactação, levando em conta a grande
influência que a água intersticial exerce, principalmente, sobre o comportamento dos solos finos. No
ramo seco da curva de Proctor (à esquerda do teor ótimo de umidade tendo o solo baixo teor de umidade,
a água de seus vazios esta sob o efeito capilar. As tensões de capilaridade tendem a aglutinar o solo
mediante a coesão aparente entre suas partículas constituintes. Isto impede a sua desintegração e o
movimento relativo das partículas para um novo rearranjo. Este efeito é reduzido à medida que se
adiciona água ao solo, uma vez que ela destrói os benefícios da capilaridade, tornando este rearranjo mais
fácil. No ramo úmido da curva de Proctor, sendo eleva do o teor de água, ela, em forma de água livre,
absorve parte considerável da energia de compactação aplicada. Como a água é incompressível, parte
desta energia é dissipada.
A aplicação de energias de compactação maiores produz uma redução do teor ótimo de umidade e
uma elevação do valor da massa específica seca máxima. A Figura 100 dá uma idéia deste fato.
As curvas de compactação de materiais granulares bem graduados possuem um máximo bem
caracterizado e apresentam maior massa especifica máxima e menor teor ótimo de umidade do que os
solos de granulometria uniforme ou argilosos. Nestes, a curva não possui um máximo bem definido. Os
solos siltosos ocupam uma posição intermediária. A Figura 101 dá uma idéia deste fato.
 
2 Mecânica dos Solos - vol. 1 – Benedito de Souza Bueno & Orencio Monje Vilar – Depto de Geotecnia –
Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo
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3. Ensaio de Compactação
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O ensaio de compactação desenvolvido por Proctor foi normalizado, pela associação dos
departamentos rodoviários americanos A.A.S.H.O. (American Association of State Highway Officials) e
é conhecido como Ensaio de Proctor Normal ou como A.A.S.H.O. Standard. (Entre nós, ele foi
normalizado pela ABNT por meio da MB-33 e tomou o nome de Ensaio Normal de Compactação).
O ensaio consiste em compactar uma porção de solo em um cilindro de 1000 cm3 de volume, com
um soquete de 2,5 kg, caindo em queda livre de uma altura de 30 cm (Figura 102).
O solo é colocado dentro do cilindro, em três camadas. Sobre cada uma se aplicam 25 golpes do
soquete, distribuídos sobre a superfície do solo. As espessuras finais das três camadas devem ser quase
iguais. Após a compactação de cada uma delas, a superfície é escarificada com o propósito de dar uma
continuidade entre as camadas. O topo da terceira camada, após a compactação deverá estar rasante com
as bordas do cilindro.
A energia aplicada pelo ensaio normal de compactação é dada pela formula:
V
NnLpE ⋅⋅⋅=
em que:
E = energia aplicada ao solo, por unidade de volume
p = peso do soquete
L = altura de queda do soquete
n = número de camadas
N = número de golpes aplicados a cada camada
V = volume do cilindro
Por causa do aparecimento de equipamentos de grande porte, dotados de elevada energia
específica de compactação, para diante dos grandes volumes dos aterros e da velocidade de construção
impostas, atender aos prazos de cronogramas, foi criado o ensaio de Proctor Modificado. Neste ensaio, a
energia de compactação foi aumentada; deixou-se constante o número de golpes por camada, e elevou-se
o peso do soquete para 4,5 kg, o número de camadas para 5 e a altura de queda para 45 cm.
O solo a ser ensaiado deverá apresentar um teor de umidade inferior ao ótimo previsto, ou seja,
em torno de 5%. Após a compactação, deve-se anotar a massa do corpo de prova para determinação da
massa especifica e retirar três porções do solo, colocá-las em cápsulas e levá-las à estufa para
determinação do teor de umidade. Em seguida, adiciona-se uma quantidade de água ao solo, suficiente
para elevar, em relação ao ponto anterior, o seu teor de umidade, em torno de 2%. Toda a técnica descrita
neste parágrafo deve ser repetida.
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O ideal será tomar de 4 a 5 pontos de forma que se possam ter dois pontos abaixo e dois acima do
teor ótimo.
De posse dos pares de valores, massa especifica do solo e teor de umidade, pode-se calcular a
massa específica seca mediante a conhecida relação:
( )wd += 1
γγ
Com os pares de valores γd x w traça-se a curva de compactação e determina-se o teor ótimo e a
massa específica seca máxima (Figura 103). Traçam-se também as curvas de saturação, que podem ser
calculadas, a partir da fórmula:
Além da técnica de compactação com reuso do material, em que se utiliza apenas uma porção de
solo, que é destorroado e homogeneizado, após cada operação de compactação, pode-se também realizar
o ensaio, tomando amostras iguais com o mesmo teor de umidade inicial, para a determinação de cada
ponto da curva. Pode haver uma pequena variação no resultado obtido com os dois processos, sendo que
os solos mais argilosos são mais sensíveis ao fenômeno.
4. Equipamentos de Compactação
Pode-se classificar os equipamentos de compactação em três categorias:
a. Soquetes
- manuais
- mecânicos
b. Equipamentos estáticos
- rolos dentados
- rolos pneumáticos
- lisos
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c. Equipamentos vibratórios
- placas
- rolos
Descreve-se a seguir os principais tipos de equipamentos e suas utilizações, tendo como base as
recomendações do NAVDOCKS DM-7 (Departament of the Navy, Bureau of Yards Docks).
a. Soquetes: São utilizados em locais de difícil acesso, como no apiloamento de valas e trincheiras etc.
Possuem um peso mínimo de 15 kg. A espessura da camada compactada, se em solos finos, deve ter
de 10 a 15 cm, e se em solos grossos, 15 cm. Os soquetes podem ser mecânicos ("sapos") ou manuais.
b. Rolos Estáticos
b.1 - rolo pé-de-carneiro.
É constituído de um tambor metálico em que são solidarizadas protuberâncias de forma tronco-
cônica com altura de 18 a 25 cm. Geralmente não autopropulsivos são arrastados por tratores.
Pela forma de aplicação das cargas, são recomendados para compactação de solos argilosos. São
particularmente empregados na compactação de núcleos de barragens, em que se exige um
perfeito entrosamento entre as camadas. A espessura da camada compactada deve situar-se em
torno de 15 cm. O número de passadas deve ser de 4 a 6, aproximadamente, para