compactação de solos

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Estabilização dos solos
Compactação
Estabilização físico-química
Estabilização dos solos
Estabilização dos solos  procedimentos 
naturais e artificiais aplicados aos solos 
visando:
 melhoria e estabilidade das 
propriedades dos solos (resistência 
mecânica, deformabilidade, 
permeabilidade, ...).
 bem como garantir a constância destas 
melhorias no tempo de vida útil das obras 
de engenharia.
 Métodos de estabilização:
Estabilização
Mecânica
Físico-química
Estabilização granulométrica
Compactação
Adição de aditivos
Solo-cimento
Solo-cal
Solo-betume
Cloretos
....
Estabilização mecânica
 Restringe-se a dois métodos para a melhoria das 
propriedades dos solos:
 Rearranjo das partículas  compactação
 Adição ou retirada de partículas  estabilização 
granulométrica ou correção granulométrica.
Compactação
DepoisAntes
Menos vazios
Compactação  Processo manual ou 
mecânico que visa reduzir o volume de 
seus vazios
Objetivo  melhorar estabilidade e 
propriedades dos solos:
↓ compressibilidade
↑ resistência
↓ variação volumétrica por teor água
↓ permeabilidade
Onde são é utilizada a 
compactação
Construção de aterros;
Construção de camadas constitutivas de 
pavimentos;
Construção de barragens de terra;
Preenchimento com solo entre maciço e 
estruturas de arrimo;
Preenchimento de cavas de fundações e 
de tubulações enterradas.
Lançamento passagem
Lançamento de material
de empréstimo  oriundo de jazida 
 reenchimentos do próprio local
Passagem de equipamentos  que 
transmitam ao solo a energia de 
compactação:
Carga móvel (Amassamento, impacto ou 
vibração)
Carga estática
Compactação  Segundo Ralph Proctor a 
compactação de solos pode ser influenciada por quatro 
variáveis: 
a) Peso específico seco (↑ em função a umidade)
b) Umidade (melhora compactação)
c) Energia de compactação
d) Tipo de solo
O tipo de obra e solo disponível vão ditar o processo 
de compactação a ser empregado, a umidade em que 
o solo deve se encontrar e a densidade a ser a tingida.
Como determinar quais são os 
melhores parâmetros? 
Curva de compactação  variação dos pesos específicos 
secos (gd), em função da umidade (w), tem aspecto como:
Umidade ótima
Wot
gd
wwot
Baixo teor de w  atrito entre partículas é alto 
dificultando a compactação
Aumento no teor de w  efeito de lubrificação entre 
as partículas, aumentando a compactação e 
facilitando a saída de ar.
Após certo teor de w próximo à saturação (w ótima)  a 
compactação não consegue mais expulsar o ar dos 
vazios.
Maior que w ótima ocorre a compactação das bolhas 
de ar levando a um comportamento borrachudo
wS
S
sw
ws
d gg
gg
g
wsw
ws
d gg
gg
g
w
Ensaio Proctor
Previa secagem ao ar, 
compacta-se a amostra dentro 
de um recipiente cilíndrico, 
com aprox. 1000 cm³, em 3 
camadas sucessivas, sob a 
ação de 26golpes de um 
soquete, pesando 2,5 kg, 
caindo de 30 cm de altura.
Repete-se para várias w, 
determinando-se, para cada 
um deles, o gd. Com os valores 
obtidos traça-se a curva 
gd = f(w), de onde, se obterá 
wot e gd,max.
Ensaios Proctor
Energia de compactação  ou esforço de 
compactação ao trabalho executado, referido a 
unidade de volume de solo após compactação. A 
energia de compactação é dada pela seguinte fórmula:
V
NcNgHM
EC
...

Sendo:
M massado soquete;
H altura de queda do soquete;
Ng número de golpes por
camada;
Nc número de camadas;
V volumede solo compactado
EC . Kg.cm/cm3
Variações do ensaio Proctor devido ao maior 
peso dos equipamentos de compactação, tornou-
se necessário alterar as condições do ensaio
 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 previa: mais se aproxima 
aos procedimentos de campo. Uso para solos 
sensíveis à pré-secagem (ex: solos areno-argilosos
lateriticos, residuais argilosos e siltosos) 
 Ensaio para solos com predregulho: uso de 
cilindro maior e soquete mais pesado (menor 
numero de golpes para igualar a energia de 
compactação) 
Relação entre a energia de compactação e a curva de compactação
Resistência à penetração 
esforço necessário para cravar no 
solo ou no corpo de prova dentro 
do cilindro de Proctor, uma agulha 
padronizada. Medido usando um 
dinamômetro.
Índice de resistência decresce
quando aumenta o teor de 
umidade.
w
gd
Onde se tem a 
maior resistência?
Então porque 
escolhemos o 
ponto de Wot ?
Da curva se observa que a resistência (resistência à 
penetração) decresce quando aumenta de w
No ponto Wot não se tem maior resistência, entretanto 
tem-se maior estabilidade
Maior estabilidade  Menor redução de resistência 
com o aumento de umidade pelas chuvas.
Principio fundamental na compactação:
Buscar obter a densidade máxima, que não 
implica uma resistência máxima, mas sim uma 
maior estabilidade sob adversidades climáticas.
 Grau de compactação (Gc)  relação entre a 
massa especifica seca obtida no campo e a massa 
especifica seca obtido no laboratório. 
 Indica o grau de compactação obtido após uma 
passada.
 O grau de compactação aumenta 
substancialmente nas primeiras passadas
maxd
campod
cG 


Compactação – técnica
Lançamento de material
de empréstimo  oriundo de jazida 
 reenchimentos do próprio local
Passagem de equipamentos  que 
transmitam ao solo a energia de 
compactação:
Carga móvel (Amassamento, impacto ou 
vibração)
Carga estática
 Pressão estática aplicada por rolos estáticos 
(cilindro liso, de pneus e pé de carneiro).
 Vibração aplicada por rolos e compactadores 
vibratórios. Produz-se o deslocamento de 
sucessiva e rápidas ondas de pressão.
 Impacto aplicado por apiloadores (sapinho, 
canguru, etc.) cargas de impacto. É gerada uma 
onda pressão que atua a grande profundidade.
Rolo liso 
Rolo pneumático
Principais Compressores
 Rolo liso: Tem a vantagem de que a superfície de 
contato com o solo é pequena e, portanto, a 
compressão atinge pequenas profundidades.
 Nos solos moles afundam demasiadamente, o 
que dificulta a tração.
 São indicados somente para a compactação de 
pedregulhos, areias, pedra britada, lançadas em 
camadas de não mais de 15 cm.
Principais Compressores
 Rolo pneumático: É caracterizado pela pressão 
de área de contato com o solo, as quais dependem 
da pressão de enchimento dos pneus e do peso do 
compressor.
 É indicado para solos de granulação fina
arenosa.
 Tem o inconveniente de deixar superfícies lisas 
entre as camadas.
 Então será necessário escarificar a superfície de 
contato entre as mesmas.
Principais Compressores
 Rolo pé-de-carneiro: principal vantagem é o 
entrosamento perfeito entre as camadas 
compactadas e o pisoteamento do solo de cada 
camada resultando numa entrosagem de torrões 
de solo.
 Vibradores: Ótimos para compactar areias (os pé-
de-carneiro ou pneumático não são eficientes). 
Camadas de 15 cm.
Umidade ótima (wot) no campo
Se a umidade estiver acima da umidade 
ótima, convém gradear o material para 
secá-lo mais rapidamente, 
Se a umidade estiver abaixo da umidade 
ótima, para se conseguir uma compactação 
mais eficiente, fará se necessário molhar o 
material, por exemplo, com um caminhão 
Pipa.
Compactação de Campo
A passagem, pura e simplesmente, de um rolo 
compactador na superfície do aterro lançado, 
não resolve o problema, pois esse só compacta 
uma camada relativamentefina. 
Assim, impõe-se a compactação dos aterros por 
camadas.
Passadaé a passagem do rolo compactador sobre o material 
em um único sentido.(Exemplo: ida)
Fecha É composta por duas passadas, ou seja, a passagem 
do rolo compactador sobre o mesmo material em dois sentidos. 
(Exemplo: ida e volta)
Numero de passadas  diretamente ligado 
ao tempo de execução. A eficiência do 
aumento de numero de passadas diminui com 
o numero total de passadas.
Espessura da camada  função do tipo de 
solo e equipamento. Em geral é fixado em 30 
cm (ou 20 cm para materiais granulares).
Homogeneização  a camada de solo solto 
deve ser pulverizada de forma homogênea. 
Deve-se evitar torrões secos ou muito 
úmidos, blocos e fragmentos de rocha.
Como escolher o equipamento ?
• Solos Coesivos  partículas finas e muito finas (silte e
argila)  indicado a utilização de rolos pé-de-carneiro e
os rolos conjugados.
• Solos Granulares  pouca ou nenhuma coesão entre os
grãos existindo atrito interno entre eles  rolo liso
vibratório.
• Mistura de Solos  coesivos+granulares utilização de
pé-de-carneiro vibratório
• Mistura de argila, silte e areia  Rolo pneumático com
rodas oscilantes.
• Qualquer tipo de solo  Rolo pneumático pesado, com
pneus de grande diâmetro
Como determinar a w e a gd
no campo?
• Para verificar se a compactação está sendo 
feita devidamente, deve-se determinar 
sistematicamente w e gd do material.
• Para esse controle pode ser utilizado o 
“speedy” ou o “método da frigideira” na 
determinação da umidade, e o processo do 
“frasco de areia” na determinação do peso 
específico.
Aterros experimentais
Quando se executam obras de grande vulto, 
justifica-se a construção de aterros 
experimentais
Um pequeno aterro com o solo selecionado 
para a obra com 200 m de extensão, por 
exemplo, subdividido em 4 a 6 sub-trechos
com umidades diferentes, é compactado 
com o equipamento previsto.
Depois e um certo numero de passadas são 
obtidas varias curvas e a eficácia do 
equipamento pode ser estabelecida.
Exercício
Ensaio de compactação: com uma amostra de solo
argiloso, com areia fina, a ser usada num aterro, foi
feito um ensaio normal de compactação (Proctor). Na
Tabela abaixo estão as massas dos corpos de prova,
determinadas nas cinco moldagens, no cilindro que
tinha 992 cm3. Estão, também, indicadas as umidades
correspondentes a cada moldagem, obtidas por meio
de amostras pesadas antes e após a secagem em estufa.
A massa especifica dos grãos (Gs)é de 2,65 kg/dm3
a)Desenhar a curva de compactação e determinar a 
densidade máxima e a umidade ótima.
b)Determinar o grau de saturação (S) do ponto 
máximo da curva
c)No mesmo desenho, representar a curva de 
saturação e a curva de igual valor de saturação que 
passe pelo ponto máximo da curva.
Ensaios Proctor
1 dm = 0,1 m = 10-1m= 10 cm
Resolução
 Determinação da densidade de cada corpo de 
prova. Para o cp numero 1 temos: 
3
3
3
10762,1
992
748,1
cm
kg
cm
kg
V
massa
nat


1 dm = 0,1 m = 10-1m= 10 cm
(1 dm)3 = (10cm)3 = 1000 cm3 = 1x103 cm3
1 g/cm ³ = 1 kg/dm ³
33
3
3
3
762,1
1
100010762,1
dm
kg
dm
cm
cm
kg

 
 São realizados os mesmos cálculos para os outros 
corpos de prova:
3
3 497,1
)1773,01(
762,1
)1( dm
kgdm
kg
w
nat
d 





 Determinação da densidade seca : 
Densidade seca max?
Umidade ótima (wot)?
D
en
si
da
de
 se
ca
 (k
g/
dm
3 )
Umidade (%)
 São realizados os mesmos cálculos para os outros 
corpos de prova:
3
3 497,1
)1773,01(
762,1
)1( dm
kgdm
kg
w
nat
d 





 Determinação da densidade seca : 
 Com os valores calculas é construído um gráfico 
que relacione a densidade seca e a umidade.
Do gráfico temos:
A densidade seca 
máxima é 1,558
kg/dm3 e uma 
w otima= 22,5%
D
en
si
da
de
 se
ca
 (k
g/
dm
3 )
Umidade (%)
 Calcular o grau de saturação S no ponto Maximo 
da curva
w
sG


 1
d
se


w
s
e
wS


.
.

Dados do gráfico e enunciado :
Wot = 22,5% 
gd = 1,558 kg/dm3
gw = 1000 kg/m3 = 1 kg/dm3 = 1 kg/L
G = 2,65 kg/dm3
 Para determinar o grau de 
satura no ponto Maximo é 
necessário usar :
w
sG



w
s
G

 
3/65.2
1
dmkgGs 
1
d
se


 Calculando primeiro :
85,0
0,170,0
225,065,2



S
70,01
558,1
65,2
e
Do grafico
 Substituindo temos:
w
s
e
wS


.
.

wS
S
sw
ws
d ..
..





wd 65,20,185,0
0,165,285,0



wd 65,285,0
2525,2


Equação para calcular 
a curva de saturação 
utilizando a densidade 
seca em função da 
umidade (w)
Ensaio CBR
Ensaio CBR (Califórnia Bearing Ratio)  ou ensaio 
de suporte californiano (ISC).
Objetivo  fornecer um índice de resistência do 
solo compactado.
Sequencia 
• Ensaio de compactação (wot e do gd max)
• Ensaio de expansão 
• Determinação do índice de suporte (CBR) ou 
ISC
 Num molde de cilindro com aprox. diâmetro = 15 cm, 
altura = 17,5 cm, colarinho de 5 cm. Como fundo falso 
usa-se um “disco espaçador”.
 Ensaio de compactação: Com o material que passa 
na peneira de 191,1 mm realiza-se o ensaio: 55 golpes, 
peso de 4,5 kg, H = 45 cm. Determina-se hot e gd,max.
Ensaiode expansão
o 3 CP com w ótima são moldados para as 3 energias
oSobre os CP coloca-se um papel filtro e discos anulares
de sobrecarga (equivalente ao peso do pavimento) a qual
não deverá ser inferior a 4,5 kg.
oColoca-se o cilindro com a amostra compactada, junto
com os discos, dentro de um depósito cheio de água,
durante 4 dias, ou menos se o material não for coesivo.
oSobre a haste coloca-se um extensômetro. Cada 24
horas, durante 4 dias, fazem-se leituras.
oConsidera-se que os subleitos bons tenham expansões 
< 3%, para sub-bases < 2% e para bases < 1%. 
Determinação de CBR ou ISC 
 Os 3 CP imersos são colocados na 
prensa de CBR 
 Mede-se as resistências à penetração 
(manômetro) de cada uma com um 
pistão de D = 5 cm com velocidade = 
1,25 mm/min.
 Registrar a carga para uma 
determinada penetração a cada 0,5
ou 1 minutos.
 Finalmente calcular a pressão e traçar 
uma curva pressão-penetração
 As pressões, assim obtidas, expressas em % das 
“pressões padrões”, denomina-se ISC ou CBR
 Adota-se para o índice CBR o maior dos valores 
obtidos para as penetrações de 0,1’’ ou 0,2’’ (2,54 e 
5,08 mm) do material ensaiado e a carga P1 e P2
corrigida.
 As pressões padrões são as pressões obtidas para pedra 
britada: 70 e 105 Kgf/cm2 = 6,86 e 10,3 MPa.
100
padrãopressão
corrigidapressão
ISCouCBR