Compactação ppt

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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-
ÁRIDO
Departamento Ciências Ambientais e Tecnológica
Disciplina – Mecânica dos Solos.
Professor: Francisco Alves da Silva JúniorProfessor: Francisco Alves da Silva Júnior
Compactação dos solos
Mossoró, 21 de Maio de 2011
Compactação dos solos 
� Solo;
�Definição de compactação
� Ensaios de compactação; 
� Compactação no campo; 
Compactação
� Controle da compactação;
� Ensaio de CBR.
1 Introdução
Num solo, só parte do volume total é ocupada pelas partículas
sólidas, que se acomodam formando uma estrutura.
SOLO Composição
Estrutura
Partículas sólidas
+
Vazios
Compactação
Vazios
V
a
zio
s
Água
+
Ar
DENSIFICVAÇÃO 
DO SOLO
Aplicação de energia 
mecânica
Expulsão do ar
↑Resistência e 
estabilidade
Compactação
Figuras 3 e 4 – Estruturas de solos fofos e 
compactados. Fonte: UNESP
2 Compactação
OBRAS: �Aterros;
�Pavimentos;
�Barragens de terra;
�Muros de arrimo;
�Preenchimento de valas para
Compactação
Tipo de compactação
obras de passagens de
tubulações.
�Obra;
�Solo
�Reduzir recalques;
� Aumentar a rigidez e a
resistência;
�Reduzir a permeabilidade.
Objetivo
2.1 Teoria da compactação
�Ralph R. Proctor (1933) - Engenheiro americano do Bureau of Waterworks and Supply
de Los Angeles - Califórnia, especialista em construção de barragens.
�Aplicando-se uma certa energia de compactação �Campo – N passadas de um
certo equipamento;
�Laboratório – N golpes
soquete
Compactação
Amassa específica resultante é função da umidade do solo
� Baixa umidade -------- atrito entre partículas;
� Umidade crescente -------- lubrificação entre as
partículas (acomodação);
� Umidade elevada -------------- oclusão do ar.
γs = M/V
2.2 Curva de Compactação
�Curva de compactação;
� Umidade ótima;
� Densidade seca máxima.
Curva de saturação:
Compactação
Comportamento frágil Comportamento plástico
Curva de saturação:
Onde:
S – grau de saturação;
γw – massa específica da água;
γs – massa específica dos sólidos.
2.3 Ensaio de compactação
O ensaio de compactação proposto por Proctor foi normalizado pela (AASHO –
American Association of State Highway Officials). No Brasil o ensaio é descrito
na Norma NBR 7182 da ABNT) constituindo o MB-33 com o nome de Ensaio
Normal de Compactação.
Compactação
Basicamente consiste em compactar
porções do solo em estudo em diferentes
teores de umidade de forma a se obter,
após os cálculos, a curva de
compactação do solo e sua umidade
ótima e massa específica aparente seca
máxima.
Equipamentos:
� Balança; 
� Peneira no.4 (4,8mm); Balança;
�Molde cilíndrico, com base e colarinho; 
Compactação
2.3 Ensaio de compactação
Molde cilíndrico, com base e colarinho; 
� Soquete cilíndrico; 
�Extrator de amostras;
�Cápsulas para determinação de umidade; 
�Estufa.
Preparação da Amostra:
�Toma-se uma certa quantidade de material seco ao ar e faz-se o
destorroamento até que não haja torrões maiores que 4,8mm;
� Peneira-se a amostra na peneira Nº4 (4,8mm) e em seguida determina-se sua
Compactação
2.3 Ensaio de compactação
� Peneira-se a amostra na peneira Nº4 (4,8mm) e em seguida determina-se sua
umidade higroscópica.
O ensaio mais usado é aquele feito na energia normal:
• Volume do cilindro - V = 1000cm3
• 3 camadas de solo;
• Peso do soquete de 2,5kg;
• Altura de queda de 30cm.
Compactação
2.3 Ensaio de compactação
Procedimento (ensaio normal de compactação):
�Adiciona-se água à amostra (5% abaixo da ótima);
� Procede a homogeneização;
Compactação
2.3 Ensaio de compactação
� Procede a homogeneização;
� Coloca-se amostra no molde cilíndrico em 3 camadas
iguais (cada uma cobrindo aproximadamente 1/3 do
molde);
� Compacta-se a amostra aplicando-se em cada camada
25 golpes distribuídos uniformemente sobre a superfície
da camada, com o soquete caindo de 0,305m;
Procedimento (ensaio normal de compactação):
� Remove-se o colarinho e a base, aplaina-se a superfície
do material à altura do conjunto cilindro + solo úmido
compactado;
� Pesa-se o conjunto (cilindro + solo úmido – Mcsh);
Compactação
2.3 Ensaio de compactação
� Pesa-se o conjunto (cilindro + solo úmido – Mcsh);
� Retira-se a amostra do molde com auxílio do extrator, e
partindo-a ao meio;
� Coleta-se uma pequena quantidade para a determinação
da umidade (h)→ h=Mw/Ms;
�Desmancha-se o material compactado até que possa ser
passado pela peneira no.4 (4,8mm), misturando-o em
seguida ao restante da amostra inicial (para o caso de
reuso do material);
Procedimento (ensaio normal de compactação):
� Adiciona-se água à amostra homogeneizando-a (da
ordem de 2% da massa original de solo, em peso);
� Repete-se o processo para teores crescentes de
umidade (cinco vezes);
Compactação
2.3 Ensaio de compactação
umidade (cinco vezes);
Para um bom traçado da curva, devem ser feitos cinco pontos,
sendo dois no ramo seco, um próximo à umidade ótima e dois
no ramo úmido.
� Traçar a curva de compactação;
� Determinar a umidade ótima (hot) e densidade seca
máxima (γγγγd).
Cálculos:
� Umidade (h):
�Com a massa do conjunto cilindro + solo úmido compactado – Mcsh,
menos a massa do cilindro (M ), tem-se a massa do solo úmido
Compactação
2.3 Ensaio de compactação
menos a massa do cilindro (Mc), tem-se a massa do solo úmido
compactado (Msh):
� O volume do cilindro é conhecido (Vsh);
� Amassa específica aparente úmida é (γγγγh):
Cálculos:
�Amassa específica aparente seca é (γγγγd):
Compactação
2.3 Ensaio de compactação
� Determinar a umidade ótima (hot) e densidade seca máxima (γγγγd).
2.4 Tipos de ensaios de PROCTOR
Os cilindros têm volume padronizado e o solo é compactado em
um número padronizado de camadas pela queda de um
soquete de massa padronizada de uma altura também
padronizada.
Compactação
2.5 Energia de compactação
Os valores de densidade seca máxima e umidade ótima dependem da
energia aplicada.
Umidade abaixo da hot ↑ γd e ↓ hot ↑ EC
Umidade acima da hot ↑ EC mesmo γd 
Compactação
Onde:
EC – Energia de compactação;
M – Massa do soquete;
H – altura de queda do soquete;
Ng – Número de golpes por camada;
Nc – Número de camadas;
V- Volume do cilindro (solo compactado).
↑ EC mesmo γd 
2.5 Energia de compactação
Compactação
�Energia Normal E = 6kgf/cm2;
� Modificado – E = 25kgf/cm2;
�Energia Intermediária – E = 12,6kgf/cm2
*-normal;
**-modificado;
***-próxima à intermediária
2.6 Influência do tipo de solo
Para a mesma energia de compactação, solos de textura mais
grosseira proporcionam maiores valores de massa específica.
Compactação
2.7 Resistência dos solos compactados
Os solos bem compactados não são os que apresentam grande
resistência, mas são aqueles cuja resistência é estável, não variam muito com a
posterior saturação, independente das estações climáticas.
A resistência do solo decresce com o aumento da umidade, quando o solo 
não foi previamente saturado. 
Compactação
� Para solos argilosos, a massa específica seca máxima tende a decrescer
quando a plasticidade diminui.
� Para uma energia de compactação grande a curva de resistência será mais
íngreme e os valores da resistência maiores.
2.8 Efeito da presença de matéria orgânica no solo
compactado
- O aumento da fração de matéria orgânica tende a diminuir a massa específica
seca da compactação e aumentar a compressibilidade do solo que é indesejável
para fundações e aterros.
- Se a fração é maior do que 10%, γ irá diminuir consideravelmente.
Compactação
- Se a fração é maior do que 10%, γd irá diminuir consideravelmente.
- O teor de umidade ótima aumentará com o aumentoda fração de matéria
orgânica.
2.9 Estrutura dos solos compactados
- Solos Coesivos: A estrutura dos solos coesivos compactados depende do
método ou tipo de compactação, da energia aplicada, do tipo de solo e do teor de
umidade.
Se ele for compactado com umidade abaixo da ótima, as forças atrativas face-
aresta das partículas do solo não são vencidas pela energia aplicada, formando uma
estrutura floculada.
Compactação
Quando ele é compactado com
umidade acima da ótima, as partículas
ficam grandemente orientadas e dispersas
pela quebra das forças atrativas, pois a
repulsão entre as partículas aumentam, e
a compactação ás orienta, posicionando-as
paralelamente (estrutura dispersa).
Para a mesma umidade, quanto maior a energia, maior o grau de dispersão.
O processo de compactação no campo segue a seqüência abaixo:
2.10 Compactação no campo
Compactação
• A compactação no campo inicia-se com o espalhamento do solo em camadas
mais ou menos padronizadas com espessuras em torno de 15 a 30 cm. Espessuras
superiores a estas, os equipamentos não produzem compactações eficientes, pois
a energia não é suficiente para profundidades maiores. O material a ser espalhadoa energia não é suficiente para profundidades maiores. O material a ser espalhado
foi previamente escolhido em uma jazida de empréstimo, com suas características
de peso específico seco máximo e umidade ótima determinados em laboratório;
• Acerto de umidade por irrigação (umidade inferior a ótima) ou aeração (umidade
superior a ótima), seguida de revolvimento e homogeneização do solo;
Compactação
2.10 Compactação no campo
O processo de compactação no campo segue a seqüência abaixo:
2.10 Compactação no campo
Compactação
• Compactação propriamente dita. Os
equipamentos devem ser escolhidos de
acordo com o tipo de solo e obra a ser
construída. Pode-se utilizar rolo ou pilões.construída. Pode-se utilizar rolo ou pilões.
Os rolos são utilizados em obras de
grande porte como pavimentos e
barragens. Os rolos mais comuns são os
vibratórios, os pneumáticos e os pés de
carneiro.
O número de passadas do compactador e a umidade são determinados
em um trecho experimental.
Atingir: umidade ótima e peso específico seco máximo determinados no ensaio.
2.11 Controle de compactação.
Umidade ótima – Speedy teste Peso específico seco máximo – frasco de areia.
Compactação
Grau de compactação -
Limites comuns: GC maior ou igual que 95%;
Umidade = Umidade ótima ±±±±2%.
2.12 Equipamentos de compactação – solos coesivos.
Compactação
Rolo 
compactador 
pé-de-carneiro
2.12 Equipamentos de compactação – solos granulares.
Compactação
Rolo 
compactador 
vibratórios vibratórios 
2.12 Equipamentos de compactação – solos
Compactação
Rolo 
compactador 
pneumático 
2.13 Efeitos de compactação ineficiente
Compactação
3 Ensaio de CBR
A capacidade de suporte de um solo compactado pode ser medida
através do método do chamado “Índice de Suporte Califórnia - ISC” (California
Bearing Ratio - CBR), idealizado pelo engenheiro O. J. Porter, em 1939, no
estado da California - USA.
Trata-se de um método de ensaio empírico, adotado por grande parcela de
Compactação
órgãos rodoviários, no Brasil e no mundo.
O objetivo do ensaio é determinar:
� O índice de suporte Califórnia (CBR) e;
� A expansão do solo sob imersão (E)
3 Ensaio de CBR
O ensaio CBR
– Razão em porcentagem, entre:
�A carga necessária para penetração de um pistão padrão numa amostra de
solo;
�A carga necessária para penetração do mesmo pistão numa mistura
padrão (brita graduada de excelente qualidade)
Compactação
padrão (brita graduada de excelente qualidade)
3 Ensaio de CBR
O ensaio CBR
EQUIPAMENTOS:
• Soquete;
• Colarinho do cilindro
Compactação
• Molde de compactação
• Disco espaçador
• Medidor de altura de
camada
• Conjunto de sobrecargas
padrão
Energias de compactação para o ensaio de CBR:
Energia Número de 
camadas
Golpes p/ camadas
Normal 5 12
Intermediário 5 26
Modificado 5 55
3 Ensaio de CBR
O ensaio CBR
Procedimento:
Ensaio de um corpo de prova, na umidade ótima:
– Moldagem do corpo de prova:
� No dia anterior à moldagem, retirar duas amostras do solo acondicionado em saco
Compactação
� No dia anterior à moldagem, retirar duas amostras do solo acondicionado em saco
plástico. As amostras devem ser colhidas em cápsulas de alumínio, pesadas e levadas
à estufa;
� No dia do ensaio, inicialmente deve-se determinar o teor de umidade em que o solo
se encontra, pesando-se as amostras secas;
� Calcular a quantidade de água a se acrescentar, para que o solo atinja a umidade
ótima – determinada no ensaio de compactação;
3 Ensaio de CBR
O ensaio CBR
Procedimento:
Ensaio de um corpo de prova, na umidade ótima:
– Moldagem do corpo de prova:
�Realização a compactação do corpo de prova na energia requerida;
Compactação
�Realização a compactação do corpo de prova na energia requerida;
� Retirar amostra para determinação da umidade de realização do ensaio;
�Terminada a compactação, retirar o colar, rasar a amostra pela borda superior do
cilindro de compactação, retirar a base circular e o disco espaçador e pesar o conjunto
cilindro + amostra compactada.
3 Ensaio de CBR
O ensaio CBR - Procedimento:
Determinação da expansão:
• O cilindro contendo a amostra compactada deve ser fixado à base circular, deixando-se o
espaço deixado pelo disco espaçador na parte superior;
• Colocar sobrecarga;
Compactação
• Adaptar tripé com extensômetro;
• Imergir o conjunto em água, por quatro dias, o nível da água deve ficar 1 cm acima do
bordo superior do cilindro;
• O extensômetro e a haste do disco perfurado devem ser ajustados de tal maneira que a
leitura inicial seja de 1,00 mm, para que possa ser acusada retração, caso ocorra. As
leituras devem ser realizadas a cada 24 horas;
• Após 4 dias, realizar a leitura final da expansão.
3 Ensaio de CBR
O ensaio CBR - Procedimento:
Determinação da expansão:
Compactação
E – expansão (%);
h – altura do corpo de
prova no instante da leitura;
hi – altura inicial.
3 Ensaio de CBR
O ensaio CBR
Ensaio de Penetração
– Recolocar os anéis de sobrecarga no cilindro contendo
o corpo de prova;
– Levar o conjunto para o prato da prensa e centralizar,
Compactação
– Levar o conjunto para o prato da prensa e centralizar,
de modo que o eixo da prensa caia perfeitamente no
centro dos orifícios dos anéis de sobrecarga;
– Deslocar o pistão e o prato da prensa, de modo que a
ponta do pistão toque a superfície do corpo de prova e
faça sobre este uma pressão equivalente à carga total
de 5 Kgf;
3 Ensaio de CBR
O ensaio CBR
Ensaio de Penetração
� Ajustar o extensômetro para medida do deslocamento,
na vertical;
�Realizar a penetração com velocidade de 1,25 mm/min
Compactação
�Realizar a penetração com velocidade de 1,25 mm/min
e efetuar leituras de deformação do anel, que forneçam
as cargas correspondentes às penetrações de 0,63;
1,25; 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 e 12,5 mm;
� Curva de penetração: Com os valores de carga e
penetração, pode-se traçar uma curva, colocando-se no
eixo das ordenadas os valores de carga (Kgf) e no eixo
das abscissas, os valores de penetração (mm).
3 Ensaio de CBR
Compactação
3 Ensaio de CBR
Cálculo do CBR
– O índice de suporte Califórnia (CBR), em porcentagem, para cada corpo de
prova, é obtido pela fórmula:
Compactação
Adota-se para o índice CBR o maior dos valores obtidos para as penetrações 
de 0,1” (2,5 mm) e 0,2” (5,0 mm)
Pressão-padrão para penetração
de 2,5mm = 70 kg/ cm2;
Pressão-padrão para penetração
de 5,0mm = 105 kg/ cm2;