Compactação de Solos - Processo e Ensaios

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Mecânica dos solos 
 
Compactação dos solos 
 
 
Faculdade Estácio de Sá 
 
 
 
 
 
Vila velha/ES 
Compactação do Solo 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. Introdução 
2. Definições 
3. Processo da compactação 
4. Ensaio em laboratório 
5. Estrutura de Solos Argilosos 
6. Compactação no campo 
 
Compactação do Solo 
 
 
1. INTRODUÇÃO: 
 Um solo transportado e depositado para construção de um 
aterro, fica num estado relativamente solto, e 
consequentemente pouco resistente e muito deformável. 
 Esse solo deverá ser compactado para se tornar um aterro 
útil e receber carregamento conforme sua aplicação. 
 A compactação tem em vista dois aspectos: 
- aumentar a intimidade de contato entre os grãos 
- tornar o aterro mais homogêneo. 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
1. INTRODUÇÃO: 
 
 Esse serviço (compactação) pode ser empregado em 
diversas obras de engenharia, tais como: 
- Taludes rodoviários; 
- Barragens de terra; 
- Reenchimento de valetas; 
- Preenchimento com terra o espaço atrás do muro de arrimo. 
- Pavimentação. 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
 
 
 
 
 Talude rodoviário Vala para tubulação 
Terra atrás do muro Pavimentação 
Compactação do Solo 
 
 
 
 
 
 
 Construção do maciço – scrapper conjugado Aplicação da água usada na compactação do maciço 
Esquema 
Compactação do Solo 
 
 
1. INTRODUÇÃO: 
 O processo de compactação, a umidade a ser adotada e a 
massa específica a ser atingida vão depender: 
- Tipo de obra; 
- Solo disponível; 
 
 
 
 
 
 
 
 
O objetivo da compactação do solo é: 
reduzir os futuros recalques, aumentar a 
resistência, aumentar a estabilidade do 
aterro, reduzir a permeabilidade, etc... 
Compactação do Solo 
 
COMPACTAÇÃO DO SOLO? 
O QUE SERIA? 
Compactação do Solo 
 
 
2. DEFINIÇÃO: 
Em termos gerais, a compactação é a densificação dos solos 
por meio da remoção de ar, o que requer energia mecanizada, 
embora, alguns casos, soquetes manuais são usados em 
valetas, fundações, etc... 
Compactação mecanizada Compactação manual 
Compactação do Solo 
 
 
3. PROCESSO DA COMPACTAÇÃO: 
 Inicialmente o solo se encontra seco ou com uma 
quantidade mínima de umidade, e nessa condição, para 
compactá-lo surgem alguns obstáculos. 
 Essa dificuldade de compactação acontece pois há grande 
quantidade de ar nos vazios, promovendo assim o atrito 
entre as partículas e consequentemente prejudicando a 
redução dos vazios no solo. 
 
Compactação do Solo 
 
 
3. PROCESSO DA COMPACTAÇÃO: 
 Quando adicionamos água no solo, ou seja, a umidade vai 
aumentando, a água atua como um agente de 
amolecimento das partículas, ou podemos dizer também, 
provoca um efeito de lubrificação entre as partículas que se 
deslizam uma sobre as outras, acomodando-se num arranjo 
mais compacto. 
 Na compactação a quantidade de partículas do solo e água 
permanecem constante, porém o que altera é o ar que se 
encontra nos vazios. 
 
Compactação do Solo 
 
 
3. PROCESSO DA COMPACTAÇÃO: 
 A redução do ar dos vazios promove o aumento da massa 
específica seca. 
 
Obs: A saída do ar do vazios é facilitada porque quando 
quantidade de umidade é baixa, o ar se encontra me forma de 
canalículos intercomunicados, porém quando ocorre o grau de 
saturação elevado o ar fica ocluso (envolto da água). 
 
Compactação do Solo 
 
 
3. PROCESSO DA COMPACTAÇÃO: 
 A umidade vai sendo acrescentada com cuidado e massa 
específica seca aumentando, mas haverá um momento em 
que quando adicionar água a mesma irá diminuir. 
 
 
Isso acontece POR QUÊ 
Compactação do Solo 
 
 
3. PROCESSO DA COMPACTAÇÃO: 
 
 
 
Certo momento do 
processo de 
compactação, a água que 
está sendo acrescentada 
aos poucos, ocupará os 
espaços que antes eram 
ocupas pelas partículas 
sólidas. Pode-se 
acrescentar também que 
depois deste estágio 
haverá aumento de 
volume, ou seja, a massa 
específica seca diminuirá. 
 
Braja M Das 
 
Compactação do Solo 
 
 
3. PROCESSO DA COMPACTAÇÃO: 
 
 
 
Braja M Das 
 
No ápice que mostra na 
figura ao lado é a massa 
específica/peso 
específico máximo que 
corresponde a umidade 
denominada ótima. 
 
Concreto Fresco 
 
COMO É DESCOBERTA A MASSA 
ESPECÍFICA E UMIDADE? 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
 
 O Teste de laboratório geralmente usado para determinar o 
massa específica máximo de compactação e o teor de 
umidade ótimo é chamado Ensaio de Compactação 
Proctor (criado em 1933). 
 Em 1986, foi criada a norma brasileira 7182 para 
estabelecer parâmetros para o ensaio de compactação do 
solo. 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
Aparelhagem: 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
4 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
Aparelhagem: 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
 Algumas aparelhagens para o ensaio: 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
Procedimento do Ensaio Proctor Normal: 
 A amostra de solo deve ser previamente seca ao ar e 
destorroada. Inicia-se o ensaio, acrescentando-se água até 
que o solo fique com cerca de 5% de umidade abaixo da 
umidade ótima. 
 Uniformizando-se bem a umidade, uma porção de solo é 
colocada num cilindro padrão (volume de 1000cm3) e 
submetida a 26 golpes de um soquete com massa de 
30,5cm. 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
Procedimento do Ensaio Proctor Normal: 
 A porção do solo a ser compactado deve ocupar cerca de u 
1/3 da altura do cilindro. O processo é repetido mais duas 
vezes, atingindo a uma altura um pouco superior à do 
cilindro. Acertando com raspagem. 
 Determinar a massa específica total do corpo de prova. 
Retira uma amostra do corpo de prova para estabelecer a 
umidade. Com esses dois valores calcula-se a densidade 
seca. 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
Procedimento do Ensaio Proctor Normal: 
 A amostra é destorroada, a umidade aumentada (cerca de 
2%), nova compactação é feita, e novo par de valores 
umidade-densidade seca é obtido. 
 A operação é repetida até que se perceba que a densidade 
seca, depois de ter subido, já tenha caído em duas ou três 
operações sucessivas. 
 Com o dados obtidos, desenha-se a curva de compactação, 
que representa a massa específica x umidade. 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
Procedimento do Ensaio Proctor Normal: 
 No próprio gráfico do ensaio pode-se traçar a curva de 
saturação, através da equação abaixo: 
 
ρd = (S * ρs * ρw) / (S * ρw) + (ρs * w), para qualquer S. 
 
ρd = (ρs * ρw) / (ρw) + (ρs * w), para S=1. 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
 
 
 
 
Curva do ensaio de 
compactação de 
um solo e curvas de 
saturação: 
 
(CARLOS DE 
SOUSA) 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
Valores típicos: 
 
 
 
 
De maneira geral, solos 
argilosos apresentam 
densidades secas 
baixas e umidade 
ótimas elevadas e as 
areias com pedregulhos 
densidades secas 
elevadas e umidade 
ótima baixa.CARLOS SOUZA 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
 
FATORES QUE AFETAM A COMPACTAÇÃO: 
 
 Umidade; 
 Tipo de Solo; 
 Esforço de Compactação ou Energia de Compactação. 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
FATORES QUE AFETAM A COMPACTAÇÃO: 
Umidade: quantidade de água lançada no solos; 
 
Tipo de solo: tamanho dos grãos, distribuição granulométrica 
desses grãos, formato de partículas, massa específica dos 
sólidos e quantidade e tipos de minerais de argila presente, 
estes exercem grande influência sobre a massa específica 
seca máxima e o teor de umidade ótima. 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
FATORES QUE AFETAM A COMPACTAÇÃO: 
Energia de Compactação: se o esforço de compactação por 
unidade de volume de solo for alterado, a curva massa 
específica versus umidade também será. 
Temos um ensaio denominado Proctor Modificado que 
apresenta energia de compactação elevada e seu número de 
golpes por camadas maior que o do Proctor Normal. 
Obs: Usado em camadas mais importante, exemplo: os 
pavimentos; 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
3. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
FATORES QUE AFETAM A COMPACTAÇÃO: 
Energia de Compactação: 
Quando o solo de encontra na umidade abaixo da ótima, a 
aplicação de maior energia de compactação provoca aumento 
de massa específica seca, mas quando a umidade é maior do 
que a ótima, maior esforço de compactação, pouco ou nada 
provoca aumento da massa específica, pois não consegue 
expelir o ar dos vazios (ar ocluso). 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
FATORES QUE AFETAM A COMPACTAÇÃO: 
Energia de Compactação: 
Essa situação ocorre no campo também, pela insistência de 
passagem do equipamento compactador quando o solo se 
encontra muito úmido faz com que ocorra o fenômeno que os 
engenheiros chamam de borrachudo. 
Este fenômeno acontece quando o solo se comprime na 
passagem do equipamento, logo a seguir, se dilatar, como 
borracha. O que se comprime são as bolhas de ar ocluso. 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
FATORES QUE AFETAM A COMPACTAÇÃO: 
Energia de Compactação: 
 
 
 
 
 
 
 
Podemos concluir que: 
-Aumenta o esforço de 
compactação, aumenta o 
teor da massa específica 
seco máximo. 
 
- aumenta o esforço de 
compactação, o teor de 
umidade dimimui. 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
FATORES QUE AFETAM A COMPACTAÇÃO: 
Energia de Compactação: 
 
 
 
 
 
 
 
Efeito da energia de 
compactação sobre a 
compactação de uma 
argila arenosa: 
Compactação do Solo 
 
 
4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO: 
FATORES QUE AFETAM A COMPACTAÇÃO: 
Energia de Compactação: 
Equação que podemos calcular a energia de compactação : 
EC = ( M * H * Ng * Nc ) / V 
EC = energia de compactação; 
M = Massa do soquete; 
H = altura de queda do soquete; 
Ng, Nc = Números de golpes e camadas; 
V = Volume do solo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Equipamentos: 
A maior parte dos serviços de compactação em campo é 
realizada com rolos compactadores. O quatros mais comuns 
de rolos são: 
 Rolo compactador liso (ou de tambor liso); 
 Rolo compactador de pneus de borracha; 
 Rolo compactador pé de carneiro; 
 Rolo compactador vibratório. 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Rolo compactador liso (ou de tambor liso): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São adequados para 
serviços de acabamento 
de aterros com solos 
arenosos e argiloso. 
Esses rolos fornecem 
100% de cobertura sob 
as rodas, com pressões 
de contato com solo de 
310 a 380kN/m2. 
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6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Rolos de pneus de borracha pneumáticos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São melhores em diversos aspectos que rolos lisos. Os pneus 
ficam proximamente espaçados – 04 a 06 pneus por fileira. 
Pressão de contato: 600 a 
700 kN/m2. Usados na 
compactação de solos 
argilosos e arenosos. A 
compactação é 
combinação de pressão e 
amassamento. 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Rolos pé de carneiro: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Equipados com tambores com várias projeções. A área de 
projeção pode variar de 25 a 85m2. São os mais eficientes para 
solos argilosos. A pressão 
de contato é de 1.400 a 
7.000 kN/m2. As passagens 
iniciais compactam a 
porção inferior de uma 
camada. 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Rolos de vibratórios: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alta eficiência na compactação de solos granulares. Dispositivos 
vibratórios podem ser montados em rolos compactadores liso, 
pneumático, pé de carneiro 
para aplicar os efeitos 
vibratórios. Também existe 
a placas vibratórias 
manuais, utilizadas em 
área limitada. 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Procedimentos: 
 Deve-se escolher a área de empréstimo baseado na 
distância de transporte e também nas características 
geotécnicas dos materiais. 
 Transporte e espalhamento do solo. A espessura da 
camada solta, geralmente em torno de 22 a 23 cm que 
resultam numa camada de 15cm de solo compactado. 
 Acerto da umidade, o que é conseguido por irrigação, 
seguida de revolvimento do solo, para homogeneização. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Procedimentos: 
 Controle da compactação, podendo adotar uma variação da 
umidade ótima de ± 1%. Sendo o Grau de Compactação no 
mínimo 95%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Considerações: 
Além do tipo de solo e teor de umidade, outros fatores devem 
ser considerados para atingir o peso específico seco de 
compactação no campo, como: a espessura da camada, 
intensidade da pressão aplicada pelo equipamento. 
 
Estes fatores são importantes, pois a pressão aplicada na 
superfície diminui em função da profundidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Considerações: 
Durante a compactação, o peso específico seco é afetado pelo 
número de passadas do rolo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Especificação para a compactação no campo: 
Na maior parte das especificações de terraplenagem, deve-se 
obter o peso específico seco de compactação de 95% a 100% 
do peso específico seco máximo, determinado em laboratório 
por meio de ensaio Proctor padrão ou modificado. 
Essa é uma especificação de grau de compactação, 
denominada pela expressão: 
GC (%) = (ϒd(campo)/ ϒd(máx-lab)) x 100 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Especificação para a compactação no campo: 
Exemplo: 
Sabendo que uma empresa exigiu de sua contratada, em uma 
obra de terraplenagem, que o grau de compactação do aterro 
fosse de 98%. O ensaio em laboratório foi realizado e 
informou que o peso específicoseco máximo de laboratório 
(ϒd(máx-lab)) é de 16,50 kN/m
3. Qual é o ϒd(campo) a ser usado? 
 
GC (%) = (ϒd(campo)/ ϒd(máx-lab)) x 100 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Determinação de peso específico compactado de campo: 
Equipamento para ensaio: 
- Frasco de vidro ou plástico 
com cone de metal instalado 
 no topo; 
- balança; 
- chapa metálico com orifício 
no meio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Determinação de peso específico compactado de campo: 
Procedimento: 
O frasco é cheio com areia Ottawa uniforme e seca; 
O peso combinado do frasco, cone e areia (W1); 
No campo, um pequeno furo é escavado onde o solo foi 
compactado. Se o peso do solo retirado (W2) for determinado 
e sabendo o teor de umidade, o peso seco do solo pode ser 
obtido: 
W3 = W2 / (1+ (w(%)/100)) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Determinação de peso específico compactado de campo: 
Procedimento: 
Após a escavação, o frasco com 
 areia é posto de cabeça para 
 baixo no buraco. A válvula é 
aberta e a areia preenche o furo 
e o cone. 
Em seguida pesa-se o conjunto 
novamente (W4). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Determinação de peso específico compactado de campo: 
Procedimento: 
W5 = W1 – W4 
W5 = peso da areia para preencher o furo e o cone. 
O volume do furo escavado é: 
V = W5 – Wc / ϒd(areia) 
Onde Wc = peso da areia para encher o cone. 
ϒd(areia) é o peso específico da areia Ottawa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compactação do Solo 
 
 
6. COMPACTAÇÃO NO CAMPO: 
Determinação de peso específico compactado de campo: 
Procedimento: 
Os valores Wc e ϒd(areia) são calculados em laboratório. 
 
O peso específico seco de compactação realizada em campo: 
ϒd = Peso seco do solo escavado do furo / volume do furo 
 
ϒd = W3 / V