Aula 5.Compactação

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Compactação de Solos
Terraplenagem e Pavimentação
Suyen Nakahara
Suyen Nakahara
Compactação 
Procedimento que visa aumentar a compacidade de
um solo pela redução de vazios de ar através esforços
externos gerados por meios mecânicos.
Objetivo: melhoria e estabilidade de propriedades
mecânicas dos solos:
– redução da compressibilidade;
– aumento de resistência;
– redução da variação volumétrica por
umedecimento e secagem;
– redução na permeabilidade
Estrutura fofa Estrutura compacta
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Emprego:
– construção de aterros;
– construção de camadas constitutivas de pavimentos;
– construção de barragens de terra;
– preenchimento com solo entre maciço e estruturas
de arrimo;
– preenchimentos de cavas de fundações e de
tubulações enterradas.
Técnica básica:
– lançamento de material de empréstimo (oriundo de
jazida) ou do próprio local (preenchimentos);
– passagem de equipamentos que transmitam ao solo
a energia de compactação  carga móvel
(amassamento, impacto ou vibração) ou estática.
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Ralph Proctor, em 1933, descobriu a relação entre a
massa específica do solo, o teor de umidade e grau
de compactação.
Trabalhando em obras de barragem na Califórnia,
Proctor verificou que, para uma mesma energia de
compactação, a massa específica do solo
compactado cresce até atingir um valor máximo e
depois tende a decrescer.
Proctor propôs que a compactação como o resultado
da interação de quatro variáveis: massa específica
seca do solo, umidade, energia de compactação e
tipo de solo.
Princípios fundamentais
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Representação gráfica do processo de compactação
ótima
d máx
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ót
máx
Ramo 
seco
Ramo 
úmido
P
e
s
o
 e
s
p
e
c
íf
ic
o
 a
p
a
re
n
te
 s
e
c
o
Umidade (%)
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Ao teor de umidade que possibilita a massa específica
máxima (ou peso específico), Proctor chamou
umidade ótima.
O ramo ascendente da curva é denominado ramo
seco (menores valores de teor de umidade) e o ramo
descendente é chamado ramo úmido (maiores
umidades).
As diferenças de comportamento do solo mediante
compactação nos dois ramos pode ser explicada de
duas formas. Ao contrário de se oporem uma a outra,
as explicações têm um papel complementar.
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a) No ramo ascendente a água lubrifica as partículas
facilitando seu deslocamento e arranjo. No descendente
a água amortiza a compactação porque há mais água
do que sólidos.
b) No ramo seco a água está na condição capilar. Com
a entrada da água as tensões capilares são reduzidas
facilitando o movimento relativo entre as partículas. No
ramo úmido, a elevação do teor de água favorece o
aparecimento de água livre, a qual absorve parte
considerável da energia de compactação.
Prática:
• Colocando-se uma amostra de solo dentro de um
cilindro e aplicando uma energia de compactação
constante E, obtém-se, para um teor de umidade 1, o
peso específico seco (ponto 1). Nessas condições, o solo
terá uma certa porcentagem de vazios, a qual pode ser
reduzida se for mantida a umidade e aumentada a E.
• Para um novo teor de umidade 2 (2 > 1), com a
mesma energia de compactação E, obtêm-se um peso
específico seco d2 (ponto 2)
• Aumentando a quantidade de água, mantendo E, a
densidade (d3 ) irá aumentar até que sejam preenchidos
os vazios possíveis. Nesse ponto, obtém-se a máxima
densidade seca que pode ser atingida com esta energia
de compactação E.
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1
2
3
1
d1
2
d2
Dada energia de compactação - E
3
d3
Teor de umidade ótimo
ót
Densidade seca máxima
máx
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• Continuando a adicionar água, essa água não
encontrará lugar nos vazios, e parte de E será absorvida
pelo excesso de água, que desenvolverá pressões que
tendem a separar as partículas de solo e reduzir a
densidade seca (d), pelo aumento de vazios.
• Prosseguindo com o acréscimo de água, a densidade
continuará decrescendo, até que o excesso de água não
permita a compactação.
Prática:
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HOGENTOGLER (1937) apresentou uma teoria que se
baseia na viscosidade da água e mostra que a curva de
compactação passa por quatro estágios de umidade:
• Hidratação
• Lubrificação
• Inchamento
• Saturação do solo
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Hidratação: o acréscimo de umidade aumenta a
espessura das camadas de água adsorvida nos
grãos do solo, na forma de filmes, reduzindo a
viscosidade da água. Essa redução de viscosidade
diminui o atrito entre os grãos e aumenta a massa
específica do solo.
Lubrificação: A partir de uma certa umidade, a adição
de água implica em lubrificação das partículas, não
influenciando mais na viscosidade da água. Essa é a
fase que tem o maior efeito quando o solo é
compactado no teor de umidade ótima.
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Inchamento: Acima da umidade ótima, o acréscimo de
água atua no deslocamento das partículas do solo,
provocando o processo de inchamento, fase em que
há uma redução significativa da densidade.
Saturação: Por último, vem o estágio de saturação,
que corresponde ao estado em que os vazios do solo
estão completamente preenchidos pela água.
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Curva de Compactação
Pares d x  no gráfico de compactação obtidos ao se
realizar a compactação do solo por uma mesma energia
de compactação para diferentes valores do teor de
umidade.
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• Baixo teor de umidade → o atrito entre partículas é alto
dificultando a compactação;
• Aumento no teor de umidade → efeito de lubrificação
entre as partículas, aumentando a compactação
enquanto a saída de ar é facilitada;
• Após certo teor de umidade próximo a saturação -
umidade ótima (ót) → a compactação não consegue
mais expulsar o ar dos vazios, a maior quantidade de
água resulta em redução de densidade.
Curva de Compactação
Relação entre d ,  , S
e.
.
S
w
s


  e
s
d



1
S.
.
e
w
s




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Interpretação da curva de compactação
• ramo seco (baixa
umidade) → a atração
face-aresta das partículas
não é vencida pela
energia de compactação
 estrutura floculada;
• ramo úmido (próximo a saturação) → a repulsão entre
partículas aumenta e a compactação orienta as partículas
 estrutura dispersa;
• para uma mesma umidade → maior a dispersão quanto
maior a energia de compactação.
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Floculação e perda de
orientação das partículas
na compactação
Dispersão e melhor orientação
das partículas na compactação
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Estrutura do solo compactado → f(tipo de carga
aplicada, tempo de aplicação desta carga e teor de
umidade do solo)
Logo:
Tipo de compactação  < ót  > ót
Amassamento Floculada Dispersa
Impacto Floculada Pouco dispersa
Vibração Floculada Pouco floculada
Estática Floculada Floculada
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
d
Curvas de compactação para diferentes solos
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Influência da Energia ou Esforço de Compactação
E
1
E
2
E
3
E3 > E2 > E1
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Ensaio de Compactação
O ensaio de compactação desenvolvido por Proctor foi
normalizado, pela 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. No Brasil
foi normalizado pela ABNT NBR 7182/86 e DNER ME
162/94.
Equipamentos:
• cilindro metálico – V = 1000 cm3;
• soquete – P = 2,5 kg, altura de queda 30,5 cm.
Objetivo: estabelecer a correlação entre a massa
específica aparente seca, o teor de umidade e a energia
de compactação.Suyen Nakahara
a) Prévia secagem ao ar e destorroamento do solo;
b) Acrescenta-se água a porção destinada ao ensaio para uma
umidade cerca de 5% abaixo da ót estimada para o solo (em
torno do limite de plasticidade), homogeneizando a umidade do
material;
c) O material é disposto no cilindro de compactação em três
camadas. Cada uma recebe 26 golpes do soquete (energia
normal). Cada camada compactada deve ocupar 1/3 da altura
do cilindro e é escarificada previamente a compactação da
camada seguinte;
d) Obtém-se o peso específico () e a umidade do corpo de prova
obtido ();
e) Novos pontos da curva de compactação são obtidos
destorroando o corpo de prova e adicionando mais água em
intervalos de 2% de umidade, ficando 2 pontos abaixo, 2 acima
e 1 no entorno da ót
Execução:
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Ensaio de compactação
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Ensaio de compactação
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Ensaio de compactação
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Ensaio de compactação
Cálculos do ensaio:
V
W

   
 
100
cápsulaosecsolocásula
osecsolocásulaúmidosolocápsula
WWW
WWWW



 


1
d
 sw
ws
d
..S
.S.



Ajuste dos pontos: retas definindo os ramos secos e úmido e
uma parábola fazendo a transição entre as duas.
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ót
máx
Ramo 
seco
Ramo 
úmido
– Ensaio sem reuso do material → uso de amostras virgens
para cada ponto da curva. Embora exija maior quantidade de
material, resultados mais fiéis. Uso imprescindível para solos de
grãos quebradiços;
– Ensaio sem secagem prévia → mais se aproxima aos
procedimentos de campo. Uso para solos sensíveis à pre-
secagem (exs: solos areno-argilosos lateríticos, solos residuais
argilosos e siltosos);
– Ensaio para solos com pedregulho → uso de cilindro maior
e soquete mais pesado (com menor número de golpes para
igualar a energia de compactação).
Quando presentes pedregulhos > 19mm → substituir por igual
peso de pedregulhos de 4,8 a 19mm.
Alternativa → média ponderada entre densidade obtida com o
solo < 4,8mm compactado e a densidade isolada do pedregulho
Alternativas de Ensaios:
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Com o desenvolvimento da engenharia mecânica, foram
lançados no mercado equipamentos de compactação
capazes de fornecer maior energia de uma forma econômica,
gerando a necessidade de se normalizar ensaios com
diferentes energias (intermediária e modificada). A energia de
compactação por unidade de volume pode ser calculada,
através da fórmula:
V
n.N.h.P
E 
E = energia de compactação por unidade de volume
P = peso do soquete
h = altura de queda do soquete
N = número de golpes por camada
n = número de camadas
V = volume do solo compactado
Diferentes Energias ou Esforços de Compactação
( kg. cm / cm3 )
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Energia Proctor Normal: E  5,95 kg.cm/cm3
Energia Proctor Modificado: E  27,4 kg.cm/cm3
Energia Proctor Intermediário: E  12,9 kg.cm/cm3
Especificações para as Energias
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Parâmetros utilizados nos ensaios de compactação 
do DNER (SOUZA, 1976).
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• compactação dinâmica ou por impacto→ pela ação de
queda do soquete;
• compactação estática ou por pressão → aplicação de
carga estática sobre as camadas. Procedimento restrito a
moldagem de corpos de prova;
• compactação por pisoteamento ou por amassamento
→ pistão com mola á golpeado contra o solo. Empregado
para simular a ação do rolo pé-de-carneiro e avaliar a
influência sobre a estrutura de solos argilosos;
• compactação por vibração → vibração de um molde
cilíndrico, muitas vezes o de Proctor, montado numa mesa
vibratória.
Técnicas de Compactação