Aula 9 Compactação

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA CIVIL
COMPACTAÇÃO DE SOLOS
Aula 9
RENATO CABRAL GUIMARÃES
MECÂNICA DOS SOLOS I
O QUE É COMPACTAÇÃO?
1. Definição
Ação mecânica por meio da qual se impõe ao solo 
uma redução de seu índice de vazios (Vv/Vs).
Técnica de melhoria de solo.
+ água =
Ação 
mecânica
O QUE É COMPACTAÇÃO?
Ação mecânica por meio da qual se impõe ao solo 
uma redução de seu índice de vazios (Vv/Vs).
Técnica de melhoria de solo.
+ água =
Ação 
mecânica
Solo
Água
Ar
Antes da 
Compactação
Solo
Água
Ar
Após a 
Compactação
Melhoria das 
propriedades 
mecânicas e 
hidráulicas do 
solo
1. Definição
�Similaridade com adensamento quanto à
redução de vazios.
� Diferença do processo de Adensamento: no
adensamento a redução do índice de vazios
envolve expulsão da água dos vazios devido à
uma sobrecarga. Ambos os processos, no
entanto, envolvem redução de volume.
� Quanto ao meio:
• Adensamento→ expulsão de água
• compactação→ expulsão de ar
� Quanto ao tempo:
• adensamento→ lento
• compactação→ rápido
1. Definição
�Teoria da Compactação
� Proctor 1933.
� Compactação, uma função de 4 variáveis:
� Peso específico aparente seco (γγγγd);
� Teor de umidade (w);
� Energia (incluindo método de compactação e nº de
golpes);
� Tipo de solo (principalmente textura).
1. Definição
� O ensaio consiste em se compactar uma porção 
de solo em um cilindro de 1000 cm3 de volume 
(cilindro pequeno), com um soquete de 2,5 kg 
(soquete pequeno), caindo em queda livre de 
uma altura de 30,5 cm.
2. Ensaio de Compactação – Proctor Normal
2. Ensaio de Compactação – Proctor Normal
2. Ensaio de Compactação – Proctor Normal
2. Ensaio de Compactação – Proctor Normal
� Padronizado pela ABNT (NBR 7182/86)
V
WhnNEe
×××
=
Ee = energia específica
N = número de golpes por camada
n = número de camadas
W = peso do soquete
h = altura de queda do soquete
V = volume do molde
Cilindro Características Normal0,55 MPa m/m3
Intermediária
1,25 MPa m/m3
Modificada
2,55 MPa m/m3
Pequeno (4")
V = 1000 cm3
Massa do soquete (g) 2500 4536 4536
Nº de camadas 3 3 5
Golpes por camada 26 21 27
Grande (6")
V = 2085 cm3
Massa do soquete (g) 4536 4536 4536
Nº de camadas 5 5 5
Golpes por camada 12 26 55
Altura disco espaçador (mm) 63,5 63,5 63,5
2. Ensaio de Compactação – Proctor
� Solo para ensaio – Preparação
� Com reuso: A mesma porção de solo é destorroada e
homogeneizada após a compactação de cada CP. Parte-se
do ramo seco para o úmido;
� Sem reuso: Usa-se uma amostra para cada CP, sendo elas
iguais e obtidas por quarteamento.
� Comentários
� A diferença principal nos resultados ocorre para solos
agregados ou concrecionados;
� Sempre que possível deve ser testada a compactação da
amostra a partir da umidade de campo, pois a secagem
pode provocar desidratação ou alteração químico-
mineralógica irreversíveis.
2. Ensaio de Compactação – Proctor
� Execução do Ensaio
� Proceder a compactação da amostra, utilizando o
soquete, número de camadas e número de golpes por
camada correspondentes à energia de compactação
desejada.
� Para realização da compactação deve se ter alguns
cuidados:
- espessuras finais semelhantes;
- golpes perpendiculares e regularmente distribuídos;
- escarificação após compactação de cada camada.
� Após compactação da última camada, retirar o
colarinho, depois de escarificar o material em contato
com a parede do mesmo, e remover o excesso de solo
compactado acima do molde, que não deve exceder a
10 mm.
2. Ensaio de Compactação – Proctor
� Execução do Ensaio
� Após a compactação:
- anotação da massa de solo compactado que preenche o cilindro;
- determinação da umidade.
� Novos pontos :
- adicionar água ao solo suficiente para elevar a umidade em
aproximadamente 2% em relação ao ponto anterior;
- repetir o procedimento de compactação;
- executar 5 pontos: pelo menos 2 abaixo e 2 acima da ótima.
2. Ensaio de Compactação – Proctor
Devem ser evitadas curvas de compactação com 
quatro pontos e não aceitas curvas com três
A
E
D
CB
2. Ensaio de Compactação – Proctor
� Cálculos
onde:
w1 = umidade do ponto 1
w2 = umidade do ponto 2 (sendo w2 > w1)
M = massa total do ponto 1
∆Mw = acréscimo de água
 )(
1
∆M (4) 
w1
ρ
ρ )2(
 
S
ρ
ρ
w
Sρ
ρ )3( 
V
M
ρ )1(
12
1
1
wd
s
w
w
d
ww
w
M
−⋅
+
=
+
=
⋅+
⋅
==
2. Ensaio de Compactação – Proctor
� Resultado
� Com os pares (ρρρρd, w), traça-se a curva ρρρρd x w e
determina-se ρρρρd máximo e wótima.
- O mais usual é traçar as curvas em termos de peso específico e
não de massa específica.
� É recomendável traçar-se a curva de saturação.
� Recomenda-se ainda traçar a linha ótima quando da
compactação do mesmo solo em mais de uma
energia.
2. Ensaio de Compactação – Proctor
� Resultado
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
w (%)
γ
d
 
(
k
N
/
m
3
)
Curva de compactação Sr = 100 % Sr = 90 % Sr = 80 %
wot
 15,0 %
γγγγd max 
18,0 kN/m3
2. Ensaio de Compactação – Proctor
w (%)Umidade Ótima (wot)
γγγγdmax
- Boa resistência
- Baixa permeabilidade
Curva de Compactação
γγγγd (kN/m3)
- Baixa deformabilidde
2. Ensaio de Compactação – Curva de Compactação
Ar
SólidoÁgua
σ
ua>0
W >
W >
γd
γdmax
� Ramo seco: Com o aumento de w a sucção diminui e/ou a
lubrificação entre os grãos aumenta, com isso ττττ diminui
permitindo a compactação e consequente aumento de γγγγd.
� Ramo úmido: Continuando o aumento de w, com a
oclusão da fase ar gera-se pressão neutra positiva,
diminuindo a energia efetiva de compactação e, portanto, γγγγd.
2. Ensaio de Compactação – Curva de Compactação
� O que acontece as quantidades relativas das três 
fases com aumento de água?
solo
água
ar
Difícil retirar todo ar
w (%)
γγγγd (kN/m3)
2. Ensaio de Compactação – Curva de Compactação
Todos os pontos da curva de compactação devem estar 
a esquerda da curva de saturação
� Curva de saturação
w (%)
Corresponde a 100% saturação
Sr < 100%
Sr > 100% (impossível)
Não existe ar nos vazios
( ) wSr
SrwSr
sw
ws
d
dsw
sd
×γ+γ×
γ×γ×
=γ⇒
γ−γγ
γ×γ×
=
2. Ensaio de Compactação – Curva de Compactação
γγγγd (kN/m3)
Exemplo 1: Um solo foi coletado em uma área de empréstimo e foi
realizado ensaio de compactação Proctor Normal, obtendo se os dados
apresentados a seguir. Trace a curva de compactação e determine a
umidade ótima e peso específico seco máximo.
2. Ensaio de Compactação – Exemplo
Volume do Molde
(cm3)
Massa do solo úmido
(g) w (%)
1000,0 1.759,96 12,0
1000,0 1.855,21 14,0
1000,0 1.918,72 16,0
1000,0 1.941,40 18,0
1000,0 1.923,25 20,0
Exemplo 1: Um solo foi coletado em uma área de empréstimo e foi
realizado ensaio de compactação Proctor Normal, obtendo se os dados
apresentados a seguir. Trace a curva de compactação e determine a
umidade ótima e peso específico seco máximo.
2. Ensaio de Compactação – Exemplo
Volume do 
Molde (cm3)
Massa do solo 
umido (g)
w
(%)
ρρρρ
(g/cm3)
γγγγ
(kN/m3)
γγγγd
(kN/m3)
1000,0 1.759,96 12,0 1,76 17,60 15,7
1000,0 1.855,21 14,0 1,86 18,55 16,3
1000,0 1.918,72 16,0 1,92 19,19 16,5
1000,0 1.941,40 18,0 1,94 19,41 16,5
1000,0 1.923,25 20,0 1,92 19,23 16,0
Exemplo 1: Um solo foi coletado em uma área de empréstimo e foi
realizado ensaio de compactação Proctor Normal, obtendo se os dados
apresentados a seguir.Trace a curva de compactação e determine a
umidade ótima e peso específico seco máximo.
2. Ensaio de Compactação – Exemplo
15,5
15,7
15,9
16,1
16,3
16,5
16,7
11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0
γ
d
(
k
N
/
m
3
)
w (%)
Curva de compactação Curva de saturação (Sr = 100%)
wot
16,5%
γγγγd max
16,6 kN/m3
3. Fatores que Afetam a Compactação
� Influência do tipo de solo: textura, forma dos
grãos, peso específico dos sólidos e quantidade e tipo
dos minerais de argila.
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
5,0 7,0 9,0 11,0 13,0 15,0 17,0 19,0 21,0 23,0
w (%)
γ
d
 
(
k
N
/
m
3
)
Curva de saturação (Sr = 100 %) Pedregulho bem-graduado
Pedregulho mal-graduado Areia siltosa
Argila laterítica Silte argiloso
3. Fatores que Afetam a Compactação
�Energia de compactação.
Aumento da energia de 
compactação resulta:
E1
E2 >E1
� Diminuição umidade ótima.
� Aumento do peso específico seco máximo.
� Diminuição umidade ótima.
� Aumento do peso específico seco máximo.
w (%)
Curva de saturação
γγγγd (kN/m3)
3. Fatores que Afetam a Compactação
�Energia de compactação.
Linha Ótima
Linha de Saturação
4. Estrutura de Solos Argilosos Compactados
w (%)
Aumento dispersão
A
u
m
e
n
t
o
 
d
i
s
p
e
r
s
ã
o
ramo seco: pouca água, predominância
de forças de atração: estrutura
floculada.
ramo úmido: muita água, predominância 
de forças de repulsão: estrutura 
dispersa (orientada).
aumento de energia⇒⇒⇒⇒ aumenta a tendência à dispersão.
γγγγd (kN/m3)
5. Propriedades Solos Coesivos Compactados
�Permeabilidade
� kmín ≈≈≈≈ wót (geralmente).
� Condutividae hidráulica e
anisotropia de k é função da
compactação (w e γγγγd).
Teor de Umidade (%)
P
e
s
o
 
E
s
p
e
c
i
f
i
c
o
 
S
e
c
o
 
(
k
N
/
m
3
)
P
e
r
m
e
a
b
i
l
i
d
a
d
e
 
(
m
/
s
e
c
)
S
=100%
Teor de Umidade (%)
P
e
s
o
 
E
s
p
e
c
i
f
i
c
o
 
S
e
c
o
 
(
k
N
/
m
3
)
P
e
r
m
e
a
b
i
l
i
d
a
d
e
 
(
m
/
s
e
c
)
S
=100%
5. Propriedades Solos Coesivos Compactados
�Compressibilidade: função do nível de tensões e da
compactação (w, γγγγd).
� Sob pressão mais baixa, solos compactados no ramo
úmido são mais compressíveis que os compactados no
ramo seco.
5. Propriedades Solos Coesivos Compactados
�Compressibilidade: função do nível de tensões e da
compactação (w, γγγγd).
� Sob alta pressão, solos compactados no ramo seco são
mais compressíveis que os compactados no ramo úmido.
5. Propriedades Solos Coesivos Compactados
�Compressibilidade: função do nível de tensões e da
compactação (w, γγγγd).
� Sob pressões muito altas, é possível obter estruturas
idênticas para amostras compactadas nos ramos seco e
úmido.
� Solos compactados com menor energia são mais
compressíveis.
� Solos compactados no ramo seco são mais sensíveis às
mudanças ambientais (absorção de água⇒⇒⇒⇒ expansão).
5. Propriedades Solos Coesivos Compactados
�Resistência
� As amostras compactadas
no ramo seco têm
resistências superiores
àquelas compactadas no
ramo úmido.
�Principais usos:
� Aterros de barragens (estanqueidade e
estabilidade);
� Pavimentos rodoviários (estabilidade,
ausência de recalques);
� Melhoria da capacidade de suporte de
solos superficiais.
6. Aplicação
7. Compactação no Campo
� Objetivos
� Obter as condições especificadas para o campo (γγγγd,
w);
� Obter um material cujo comportamento é o desejado:
• Permeabilidade;
• Compressibilidade / deformabilidade;
• Resistência.
� Para que o comportamento seja o desejado é
necessário que:
• No campo o material seja semelhante ao do laboratório;
• A umidade de compactação seja a prevista;
• O tipo de compactação e a energia seja semelhante a de
laboratório.
7. Compactação no Campo
� Tipos de compactação:
� Estática
• Compressão (rolo liso);
• Amassamento (rolo pé de carneiro).
� Dinâmica.
� Vibratória.
� Vibro-estática.
7. Compactação no Campo
� A maioria dos processos de compactação no
campo é executada por rolos compactadores.
Os quatro tipos mais comuns são:
� Rolo compactador liso;
� Rolo compactador de pneus de borracha;
� Rolo compactador pé-de-carneiro;
� Rolo compactador vibratório.
7. Compactação no Campo - Rolo Liso
7. Compactação no Campo - Rolo Liso
� Aplicabilidade:
� Compactação de materiais não coesivos: areia (filtro),
transições e enrocamentos (camadas de até 100 cm);
� Compactação de subleitos ou bases de misturas de areia
e pedregulhos bem graduados (camadas de 20 a 30 cm);
� Solos finos que não sejam em barragens de terra
(camadas de 15 a 20 cm);
� Acabamento de (selo) das camadas compactadas;
� Compactação de Concreto Compactado com rolo (CCR).
� Dimensões e peso do equipamento:
� Varia em função da aplicação. Peso varia de 3 a 20 tf.
Fotos
7. Compactação no Campo - Rolo de Pneu
7. Compactação no Campo - Rolo de Pneu
� Aplicabilidade:
� Compactação de CBUQ;
� Solos grossos com 4% a 8% passando na peneira nº 200
(camadas de 25 cm);
� Solos finos ou grossos bem graduados com mais de 8%
passando na peneira nº 200 (camadas de 15 a 20 cm).
� Dimensões e peso do equipamento:
� Varia em função da aplicação. Peso equipamento varia de
10 a 100 tf, com pressão dos pneus de até 10 kgf/cm2 (o
aumento da pressão dos pneus deve ser acompanhada
por um acréscimo do peso do equipamento para não
perder área de contato com o solo).
Fotos
7. Compactação no Campo - Rolo Pé-de-Carneiro
7. Compactação no Campo - Rolo Pé-de-Carneiro
� Aplicabilidade:
� Compactação de solos finos ou grossos com mais de
20% passado na peneira nº 200 (camadas de 15 a 20 cm);
� Especialmente adequados para compactação de zona
impermeável em barragens de terra ou coberturas nas
quais a adesão das camadas é importante;
� Inadequados para solos grossos sem finos.
� Dimensões, peso e características:
� Varia em função da aplicação. Pressão de contato de
1.000 a 7.000 kN/m2.
� Desnecessário preparar superfície para nova camada;
� Compactação de baixo para cima.
Fotos
7. Compactação no Campo – Placas e Sapos
7. Compactação no Campo - Placas e Sapos
� Aplicabilidade:
� Placas Vibratórias: compactação de areia, cascalho e
britas, e trabalhos de acabamento ou remendos em
asfalto frio ou quente;
� Compactadores de Percussão (Sapos Mecânicos):
compactação de aterro em locais de difícil acesso.
Adequado para todos os solos inorgânicos.
Fotos
8. Fatores que Afetam a Compactação no Campo
� Principais fatores influenciam a compactação no
campo:
� Tipo de solo;
� Teor de umidade;
� Espessura de camada;
� Intensidade da pressão aplicada pelo equipamento de
compactação;
� Área sobre a qual a pressão é aplicada;
� Número de passadas do rolo compactador.
8. Fatores que Afetam a Compactação no Campo
8. Fatores que Afetam a Compactação no Campo
� Problemas na compactação no campo:
� Solos muito argilosos:
• Dificuldades de secagem;
• Dificuldades de homogeneização.
� Solos muito úmidos:
• Formação de “borrachudos”;
• Equipamento afunda;
• Empolamento lateral;
• Volta parcialmente à situação inicial (elástico);
• Estrutura é afetada.
9. Controle de Qualidade
� O controle de qualidade em obras que utilizam
solos compactados pode ser dividido nas
seguintes etapas:
- Controle das características dos
materiais (ensaios laboratoriais).
- Controle das característicasde
Compactação.
- Ensaios in situ.
� Antes da
Compactação
� Após a
Compactação
9. Controle de Qualidade
� Teor de Umidade:
a) Estufa - NBR 06457/86.
b) Speedy – DNER-ME 052/94.
c) Método expedito do álcool – DNER-ME 088/94.
d) Microondas.
e) Densímetro nuclear.
� Peso Específico Aparente Seco – Grau de
Compactação:
a) Laboratório: balança hidrostática, moldagem de corpo-
de-prova indeformado, etc.
b) Campo: frasco de areia, cilindro biselado, densímetro
nuclear, método do gabarito etc.
10. Construção/Controle de Qualidade
� Sequencia Construção:
� Especificação Controle da Execução - Sub-Base
e Base (DNER-ES 301/97 e DNER-ES 303/97):
� Ensaio para a determinação da umidade do material, imediatamente
antes da compactação, para cada 100 m de pista compactada em
locais escolhidos aletoriamente;
� As tolerâncias admitidas para a umidade serão de ±±±±2% em torno da
umidade ótima;
� Ensaio de massa específica aparente seca “in situ”, em locais
escolhidos aletoriamente (DNER-ME 092 ou 036). Para pistas de
extensão limitada, com áreas no máximo 4000 m2, deverão ser feitas
pelo menos 5 determinações por camada para o cálculo do grau de
compactação – (GC ≥≥≥≥ 100%).
Fotos
Exemplo 2: Para o controle de compactação de uma camada de base de
um pavimento foi utilizado o método do frasco de areia. Baseado nos
dados apresentados a seguir, Determine o Grau de Compactação e o
desvio de umidade dessa camada.
10. Construção/Controle de Qualidade
Planilha Ensaio