Compactação de solos

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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
Conference Paper · July 2003
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Machado Carlos Cardoso
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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS 
 
Tiago Pinto da Trindade, Dario Cardoso de Lima, Carlos Alexandre Braz de Carvalho, Carlos 
Cardoso Machado e Reginaldo Sérgio Pereira 
 
1. INTRODUÇÃO 
A compactação é entendida como ação mecânica por meio da qual se impõe ao solo 
uma redução de seu índice de vazios. Embora seja um fenômeno similar ao do adensamento, 
pois ambos se manifestam na compressibilidade dos solos, no adensamento a redução de vazios 
é obtida pela expulsão da água intersticial, num processo natural ou artificial, que ocorre ao 
longo do tempo, e que pode durar centenas de anos; na compactação esta redução ocorre, em 
geral, pela expulsão do ar dos poros, num processo artificial de pequena duração. Como 
ilustrado na Figura 1a, o solo é formado por partículas sólidas e por vazios preenchidos por ar e 
água. Na Figura 1b são representadas as porções de sólidos, água e ar antes da compactação e a 
Figura 1c elucida que após a aplicação do esforço de compactação ocorre redução apenas na 
fração de ar. 
 
 
Figura 1. Princípios da compactação dos solos (modificado de BARDET, 1997). 
 
A compactação objetiva transformar o solo natural em um material mais denso, ou seja, 
aumentar o peso específico aparente. Como conseqüência, ocorrem melhorias substanciais nas 
propriedades de engenharia, tais como: aumentar a resistência ao cisalhamento, reduzir a 
compressibilidade e aumentar a resistência à erosão. 
Várias são as obras civis nas quais se empregam solos compactados. Citam-se entre 
outras aplicações: 
 
• os aterros compactados na construção de barragens de terra, de estradas ou na 
implantação de loteamentos; 
• o solo de apoio de fundações diretas; 
• os terraplenos (backfills) dos muros de arrimo; 
• os reaterros das valas escavadas a céu aberto e 
• os retaludamentos de encostas naturais. 
 
A técnica de compactação é creditada ao engenheiro norte-americano Ralph Proctor 
que, no início da década de 30, publicou suas observações sobre a compactação de aterros, 
mostrando que, aplicando-se uma certa energia de compactação (um certo número de passadas 
de um determinado equipamento no campo ou um certo número de golpes de um soquete sobre 
o solo contido num molde), o peso específico aparente seco é função da umidade em que o solo 
 2 
estiver. De acordo com PINTO (2000), a partir dos trabalhos de Proctor surgiu o Ensaio de 
Compactação, universalmente padronizado (com pequenas variações), que é mais conhecido 
como Ensaio Proctor. A bem da verdade histórica, cita-se que Porter, do Departamento 
Rodoviário do Estado da Califórnia, o mesmo que criou o ensaio CBR (Califórnia Bearing 
Ratio), muito empregado em pavimentação, já em 1929 empregava um ensaio muitosemelhante, que não teve, porém, a mesma divulgação no meio técnico que o trabalho de 
Proctor. 
2. ENSAIO DE COMPACTÇÃO 
Em seus estudos iniciais, Proctor observou que quando se compacta um solo com 
umidade muito baixa, o atrito entre as partículas é muito alto e não se consegue uma 
significativa redução dos vazios. Para umidades mais elevadas, próximas ao teor ótimo, a água 
provoca um certo efeito de lubrificação entre as partículas sólidas do solo, fazendo com que 
elas deslizem entre si, acomodando-se num arranjo mais compacto. Na compactação, as 
quantidades de partículas e de água permanecem constantes; o aumento do peso específico 
aparente seco corresponde à eliminação de ar dos vazios. A saída do ar é facilitada porque, 
quando a umidade não é muito elevada, o ar se encontra em forma de canalículos 
intercomunicados. A redução do atrito pela água e os canalículos permitem um peso específico 
aparente seco maior quando o teor de umidade é maior. Entretanto, a partir de um certo teor de 
umidade a compactação não consegue mais expulsar o ar dos vazios, pois o grau de saturação já 
é elevado e o ar está ocluso (envolto por água). A Figura 2 mostra que para uma mesma energia 
aplicada, há um certo teor de umidade, denominado teor de umidade ótimo (Wot), que conduz a 
um peso específico aparente seco máximo (dmáx). O ramo ascendente da curva de compactação 
é denominado ramo seco e, o descendente, de ramo úmido. 
 
 
Figura 2. Curva de compactação. 
 
O ensaio de compactação desenvolvido por Proctor foi normalizado pela associação 
dos departamentos rodoviários americanos, AASHO (American Association of State Highway 
Officials) e é conhecido como Ensaio de Proctor Normal ou como AASHO Standart (Entre nós, 
ele foi normalizado pela ABNT por meio da MB-33 e tomou o nome de ensaio normal de 
compactação). Atualmente, este ensaio é normalizado pela NBR 7182/86 “Solo - Ensaio de 
Compactação”. 
Os ensaios de compactação são utilizados: (i) no controle de compactação de aterros 
de barragens, de camadas constitutivas de pavimentos, do solo utilizado no preenchimento 
maciço e estrutura de arrimo, do solo utilizado no preenchimento de cavas de fundações e 
tubulações enterradas; e (ii) na determinação dos parâmetros de compactação dos solos, na fase 
de projeto de obras de terra, com a finalidade não só de conhecê-los, mas também utilizá-los 
para execução de ensaios especiais (permeabilidade, adensamento, cisalhamento direto e 
triaxiais). 
 3 
O solo a ser ensaiado, depois de preparado de maneira ilustrada na Figura 3, deverá 
apresentar um teor de umidade pelo menos 5% inferior ao teor ótimo previsto para 
compactação do 1º ponto do ensaio. Após a compactação, deve-se anotar a massa do corpo de 
prova para determinação da massa específica e retirar três porções do solo, colocá-las em 
cápsulas e levá-las à estufa para determinação do teor de umidade. Em seguida, adiciona-se 
uma quantidade de água ao solo, suficiente para elevar, em relação ao ponto anterior, o seu teor 
de umidade, em torno de 2%. Toda a técnica descrita neste parágrafo deve ser repetida. O ideal 
será tomar de quatro a cinco pontos de forma que se possam ter dois pontos abaixo e dois acima 
do teor de umidade ótimo. 
 
 
Figura 3. Amostra deformada secando ao ar (a); colocação em embalagens plásticas (b); 
preparação da amostra com diferentes teores de umidade (c); e homogeneização da amostra (d). 
 
Segundo NOGUEIRA (1988), dois aspectos de grande importância para alguns solos 
referem-se ao reuso e a secagem prévia do material ao ar, antes de sua compactação. O reuso da 
mesma porção de solo na obtenção dos diversos pontos da curva de compactação pode provocar 
quebra de partículas, tornando o solo mais “fino”. A secagem e o umedecimento de um solo 
argiloso, dependendo do argilo-mineral que o compõe, poderia causar mudanças nas 
características do solo, quer pela aglutinação das partículas do solo, quer por alterações de 
forma irreversível na própria estrutura dos argilos-minerais, refletindo nos valores das 
coordenadas do ponto de máximo da curva de compactação. Por isso, se recomenda que os 
solos argilosos não sejam secados diretamente ao sol ou em estufa e que o ensaio seja realizado 
com amostras secadas à sombra, sempre que necessário. 
O ensaio consiste em compactar uma porção de solo em um cilindro de 10 cm de 
diâmetro, altura de 12,75 cm e 1.000 cm
3
 de volume, com um soquete de 2.500 ± 10 g, caindo 
em queda livre de uma altura de 305 ± 2 mm (ver Figura 4a). 
 
 
Figura 4. Cilindros e soquetes usados no ensaio de compactação. 
 
 4 
Por causa do aparecimento de equipamentos de grande porte, dotados de elevada 
energia específica de compactação, diante dos grandes volumes dos aterros e da velocidade de 
construção impostas, e para atender aos prazos de cronogramas, foram criados os seguintes 
ensaios de compactação: Proctor Intermediário e Modificado. Nestes ensaios, a energia de 
compactação foi aumentada, elevou-se o peso do soquete para 4.536 ± 10 g e a altura de queda 
para 457 ± 2 mm. Quando o solo contiver pedregulhos (material retido na peneira de 4,8 mm), a 
norma NBR 7182/86 indica que a compactação seja feita no cilindro maior, com 15,24 cm de 
diâmetro, altura de 11,43cm e 12.085 cm
3
 de volume (ver Figura 4b). Apresentam-se a seguir, 
no Quadro 1, as características inerentes a cada energia de compactação: 
 
Quadro 1. Características inerentes a cada energia (compilado da NBR 7182/86). 
Cilindro 
Características inerentes a cada 
energia de compactação 
Energia de Compactação 
Normal Intermediária Modificada 
Pequeno 
Soquete Pequeno Grande Grande 
Número de camadas 3 3 5 
Número de golpes por camada 26 21 27 
Grande 
Soquete Grande Grande Grande 
Número de camadas 5 5 5 
Número de golpes por camada 12 26 55 
Altura do disco espaçador (mm) 63,5 63,5 63,5 
 
Em primeiro instante, é colocado o papel filtro no fundo do cilindro (ver Figura 5a). 
Em seguida, lança-se a quantidade de solo prevista para cada camada, na umidade desejada 
(vide esquema da Figura 5b), conforme energia especificada (normal, intermediária ou 
modificada), tomando-se o cuidado de escarificar a face superior da camada compactada, antes 
de lançar a próxima, para promover aderência entre ambas. As espessuras finais das camadas 
compactadas devem ser quase iguais. O topo da última camada, após a compactação, deverá 
estar rasante com as bordas do cilindro. A Figura 5c mostra a realização de um ensaio de 
compactação com o cilindro grande. Após a compactação, o cilindro com o solo é pesado em 
uma balança com capacidade para 10 kg (ver Figura 5d) e finalmente o corpo-de-prova é 
extraído do molde (vide Figura 5e e 5f). 
 
 
Figura 5. (a) colocação do papel filtro no fundo do cilindro; (b) compactação de acordo com 
cada energia de compactação e tipo de solo a ser ensaiado; (c) compactação no cilindro grande; 
(d) pesagem do corpo-de-prova após a compactação; (e) e (f) extração do corpo-de-prova. 
 
 5 
De posse dos pares de valores, massa específica do solo e teor de umidade, pode-se 
calcular a massa específica seca mediante a relação descrita pela Equação 1: 
 
 W1V
P
γ w
d

 (1) 
 
em que: 
d - peso específico aparente seco; 
Pw - peso úmido do solo compactado; 
V - volume útil do molde cilíndrico (interno); e 
W - teor de umidade do solo compactado. 
 
Figura 6. Planilha do Laboratório Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa, feita 
no Microsoft Excel ®, para cálculo do ensaio de compactação. 
 
 6 
Uma alternativa bastante prática, para se obter os pares de valores de teor de umidade e 
peso específico aparente seco para cada ponto do ensaio, bem como as curvas de compactação e 
saturação, seria anotar todos os dados em uma planilha eletrônica feita no Microsoft Excel ®, 
semelhante à apresentada na Figura 6. 
Com os pares de valores d versus W, traça-se a curvade compactação e determina-se 
o teor de umidade ótimo e o peso específico seco máximo (ver Figura 6). Traçam-se também as 
curvas de saturação, que podem ser calculadas, a partir da Equação 2: 
 
   WγγS
γSγ
γ
swr
wrs
d


 (2) 
 
em que: 
d - peso específico aparente seco; 
w - peso específico da água; 
s - peso específico aparente dos sólidos; 
W - teor de umidade do solo compactado; e 
Sr - grau de saturação. 
3. EVOLUÇÃO DAS TEORIAS DE COMPACTAÇÃO 
Diversos pesquisadores (PROCTOR, 1933; HOGENTOGLER, 1936; HILF, 1956; 
LAMBE, 1958; e OLSON, 1963) explicaram a forma da curva de compactação de um solo, 
baseando-se naquilo que lhes parecia lógico e no estado do conhecimento da época. O processo 
que origina a forma da curva de compactação é muito complexo e envolve diversas variáveis, 
tais como, pressão capilar, pressão na fase gasosa, pressão na fase fluida, permeabilidade e 
tensão efetiva. 
O conhecimento do assunto na década de trinta levou PROCTOR (1933) a admitir que 
a compactação de um solo, com baixo teor de umidade, gera uma tensão capilar grande e 
criando forças de atrito que se opõem às forças de compactação, resultando um solo com baixa 
densidade e pequena plasticidade. O aumento no teor de umidade leva a um rearranjo das 
partículas, devido a uma diminuição da tensão capilar, resultando na elevação da densidade e da 
plasticidade do solo; este efeito continua, até que se alcance o teor de umidade ótima e o 
máximo peso específico seco, para a energia utilizada no ensaio, resultando o ramo ascendente 
da curva. As condições do solo, no pico da curva, são de solo não saturado, tornando-se difícil à 
expulsão do ar existente nos seus vazios, para a mesma energia utilizada no ensaio. Para um 
teor de umidade maior do que o ótimo (ramo úmido), as forças capilares diminuem e as 
partículas se afastam resultando solos menos densos e mais plásticos, representados pelo ramo 
descendente da curva de compactação. 
3.1. Filmes de Água e Lubrificação 
Segundo HOGENTOGLER (1936), a forma da curva de compactação reflete quatro 
estágios dependentes da quantidade de água existente no solo, quais sejam: hidratação, 
lubrificação, inchamento e saturação, conforme mostrado na Figura 7. A hidratação envolve a 
absorção de água pelas partículas e o seu recobrimento por uma fina camada de água, de alta 
viscosidade. A lubrificação é entendida como a fase onde parte da camada de água superficial 
atua como um lubrificante, facilitando novos arranjos das partículas durante a compactação, 
originando um solo mais denso e não saturado. No inchamento, a água em excesso causará um 
 7 
aumento no volume do solo, permanecendo com um volume de ar igual ao da fase anterior, e 
com isto diminuindo o peso específico seco. No estágio final de saturação, todo o ar é expelido 
do solo e a curva de compactação se aproxima da curva de saturação igual a 100%. Esta 
explicação encontra objeções, pois, sabe-se que os pontos da curva com teores de umidade mais 
elevados, ainda não se encontram saturados, com o ramo descendente tendendo a um 
paralelismo com a curva de saturação igual a 100%, e que o conceito de camada de água de alta 
viscosidade, está limitado a um volume de água correspondente a espessura de algumas 
moléculas, enquanto na prática, o volume de água e muito maior. 
 
 
Figura 7. Compactação e fases de umedecimento dos solos de acordo com teoria 
HOGENTOGLER (1936). 
3.2. Pressão Capilar e Pressão na Fase Gasosa 
A explicação de HILF (1956) para a forma da curva de compactação foi dada, também, 
em função dos conceitos de pressão capilar e pressão na fase gasosa dos solos. Para baixos 
teores de umidade, são formados meniscos com raios de curvatura pequenos, gerando grandes 
forças resistentes e resultando solos de baixa densidade. Como os vazios formados são de 
dimensões, relativamente, grandes e estão interligados, o ar existente poderá ser expelido com 
facilidade. Com o aumento do teor de umidade do solo, os meniscos se achatam diminuindo as 
forças resistentes e obtendo-se solos mais densos, até que se atinja o teor de umidade ótimo. 
Nesta fase, os vazios vão se tornando cada vez menores. Próximo ao teor de umidade ótimo, 
não há mais condições para que se mantenham interligados, com a quase impossibilidade do ar 
ser expelido do solo. Para o ramo úmido, a diminuição da densidade foi atribuída à dificuldade 
de saída do ar, com aumento da pressão na fase gasosa e redução da eficiência do processo de 
compactação. 
3.3. Microestrutura dos Solos 
A explicação de LAMBE (1958) para a forma da curva de compactação tem sua base 
na teoria da química coloidal. A Figura 8 mostra duas curvas de um mesmo solo compactado 
com energias diferentes. 
 
 8 
 
Figura 8. Estrutura de solos argilosos compactados, segundo proposição de LAMBE (1958). 
 
No ponto A, o teor de umidade não é suficiente para um pleno desenvolvimento da 
dupla camada difusa, resultando uma concentração eletrolítica muito alta e reduzindo as forças 
de repulsão entre as partículas. Como conseqüência, há uma tendência à floculação dos 
colóides com um baixo grau de orientação resultando um solo pouco denso. Aumentando-se o 
teor de umidade, diminui-se a deficiência em água, com uma expansão da dupla camada difusa 
e uma redução do grau de floculação, permitindo um arranjo mais ordenado das partículas e por 
conseqüência densidades mais altas, tal como mostrado no ponto B. O termo lubrificação, antes 
usado como uma atividade física, agora é entendido como sendo a maior facilidade de as 
partículas do solo se orientarem melhor e formarem camadas mais densas, devido ao aumento 
das forças repulsivas. Um posterior aumento, do teor de umidade, produz nova expansão da 
dupla camada difusa com, conseqüente, redução nas forças de atração entre partículas e um 
maior grau de orientação em C do que em B. Com o aumento da água no solo, a concentração 
de sólidos diminui, resultando densidades menores. Quanto ao volume de ar expelido durante a 
compactação, pode-se dizer que no ramo seco há uma redução grande quando se passa de A 
para B, não ocorrendo o mesmo no ramo úmido da curva. Sempre que houver um aumento na 
energia de compactação, ocorrerá uma tendência das partículas se orientarem para uma forma 
mais paralela com diminuição das distâncias entre elas, resultando um material mais denso, 
como representado pelo ponto E na Figura 8. Para ponto D, situado no ramo úmido, com teor de 
umidade mais elevado, o aumento na energia de compactação produz o efeito de simplesmente, 
alinhar as partículas, sem diminuir as distâncias entre elas, não havendo por isto um acréscimo 
no peso específico seco tão pronunciado como no ramo seco. LAMBE (1958) afirma, ainda, 
que a variação estrutural com o teor de umidade depende de cada solo; alguns solos mostrando 
uma extrema variação, indo desde a distribuição ao acaso das partículas até o paralelismo entre 
elas; enquanto em outros solos, esta variação é muito menos sensível. Este modelo, ainda que 
simplificado, pois a estrutura dos solos argilosos compactados é muito complexa, permite 
justificar as diferenças de comportamento destes solos depois de compactados. 
3.4. Tensão Efetiva 
OLSON (1963) utilizou-se do conceito da tensão efetiva para explicar a curva de 
compactação. Para o ramo seco da curva de compactação um aumento no teor de umidade 
resultará na elevação, da pressão, nas fases líquida e gasosa, reduzindo a tensão efetiva e 
permitindo que ocorra um melhor arranjo das partículas. Acrescentando-se mais água, os vazios 
 9 
vão ficando cada vez menores, até que se atinja um teor de umidade, no qual, se tornam 
descontínuos e impedindo-se assim a saída de ar do solo; neste momento, não haverá mais 
redução do volume da massa de solo, tendo-se alcançado o teor de umidade ótimo e o peso 
específico seco máximo para a energia empregada. Para o ramo úmido, com o aumentodo teor 
de umidade aumenta a deformação do solo e diminui o peso específico seco. 
4. MATERIAIS GRANULARES 
No caso de solos arenosos, observa-se que a influência do teor de umidade no processo 
de compactação é muito menos significativo do que no caso de solos argilosos. Para uma certa 
energia de compactação, as curvas de compactação são muito achatadas, acarretando pequenas 
variações no parâmetro peso específico aparente seco. Segundo PINTO (2000), este fato faz 
com que os parâmetros de compactação tradicionais percam o significado, sendo comum, 
recorrer-se ao parâmetro densidade relativa, definida pela Equação 3, para expressar o estado 
de compactação de solos arenosos. 
 
minmax
natmax
r
ee
ee
D


 (3) 
 
onde: 
Dr - densidade relativa; 
enat - índice de vazios do solo no estado natural; 
emax - máximo índice de vazios que o material pode atingir; e 
emin - mínimo índice de vazios que o material pode atingir. 
 
A compactação desses materiais, tanto no campo como no laboratório, se faz muito 
melhor por meio de vibração e, de maneira geral, é especificado que se atinja uma densidade 
relativa igual ou superior a 65 ou 70%. Tais valores devem estar associados aos grupos de 
compacidade das areias definidos por Terzaghi, como ilustrado no Quadro 2. Uma densidade 
relativa acima de 66% colocaria as areias na categoria de compacta. Entretanto, sob o ponto de 
vista do comportamento geotécnico, a fixação do limite mínimo deveria levar em consideração 
o conceito de “índice de vazios críticos”. 
 
Quadro 2. Terminologia sugerida por Terzaghi para classificação das areias segundo a 
compacidade. 
Classificação Dr (densidade relativa) 
Areia fofa abaixo de 0,33 
Areia de compacidade media entre 0,33 e 0,66 
Areia compacta acima de 0,66 
5. COMPORTAMENTO DOS SOLOS COMPACTADOS 
Os valores apresentados no Quadro 3 mostram que de uma maneira geral, para uma 
mesma energia de compactação, solos de granulometrias distintas apresentam valores de teor 
de umidade ótimo e peso específico aparente seco máximo diferentes, resultando em curvas de 
compactação de diferentes tipos, conforme dispostas na Figura 9. 
 
 10 
Quadro 3. Valores médios de teor de umidade ótimo e peso específico aparente seco máximo 
dos solos, conforme sua granulometria. 
Granulometria Wot (%) dmáx (kN/m
3
) médios 
Areias 7 a 12 20 
Siltes 18 a 25 16 
Argilas 30 a 40 13 
 
 
 
Figura 9. Diferentes tipos de solos compactados na mesma energia de compactação 
(modificado de PINTO, 2000). 
 
 
Quando o solo se encontra com umidade abaixo da ótima, a aplicação de maior energia 
de compactação provoca aumento do peso específico aparente seco, mas quando a umidade é 
maior que a ótima, maior esforço de compactação pouco ou nada provoca aumento do peso 
específico aparente seco, pois não se consegue expelir o ar dos vazios. Este fenômeno também 
ocorre no campo. A insistência da passagem de equipamento compactador quando o solo se 
encontra muito úmido faz com que ocorra o fenômeno que os engenheiros chamam de 
“borrachudo”; o solo se comprime na passagem do equipamento para, logo a seguir, se dilatar, 
como se fosse uma borracha. O que se comprime são as bolhas de ar ocluso. 
Pelo comportamento descrito anteriormente, conclui-se que, para um mesmo solo, 
uma maior energia de compactação conduz a um maior peso específico aparente seco máximo e 
um menor teor de umidade ótimo, deslocando-se a curva para a esquerda e para o alto, como se 
mostra na Figura 10. 
 
 11 
 
Figura 10. Curvas de compactação de um mesmo solo compactado em energias diferentes. 
 
Uma vez compactado, o solo comporta-se como um solo não-saturado, sobreadensado, 
com pressões de pré-adensamento, entre 35 a 50 kPa, imprimidas pelo rolo compactador 
(MASSAD, 2003). 
 
 
Figura 11. Variação da permeabilidade com a umidade de compactação (modificado de 
LAMBE e WHITMAN, 1969). 
 
 12 
Em termos de permeabilidade, os gráficos apresentados na Figura 11 revelam que, 
para a mesma energia de compactação, aumentando-se a umidade de moldagem, a 
permeabilidade diminui, sendo que no ramo úmido ocorre um pequeno aumento. Segundo 
LAMBE e WHITMAN (1969), a razão desse comportamento reside no fato de os solos finos 
compactados no ramo seco, formarem agregações, com grandes vazios entre si (poros 
interagregações), por onde a água percola com facilidade; no ramo úmido as agregações tendem 
a se desfazer, ou estão muito próximas, e a água tem que percolar pelos poros intraagregações. 
Assim, no ponto ótimo ou acima dele, a permeabilidade é menor que no ramo seco. 
LAMBE e WHITMAN (1969) relatam que em termos de compressibilidade, para um 
mesmo peso específico seco e com a mesma energia de compactação, solos compactados no 
ramo seco são menos compressíveis do que os compactados no ramo úmido, pelo menos para 
baixas pressões (ver Figura 12). 
 
 
Figura 12. Compressibilidade de solos compactados (LAMBE e WHITMAN, 1969). 
 
No que diz respeito à resistência ao cisalhamento, a Figura 13 revela que solos 
compactados no ramo seco apresentam maiores resistências de pico, quando comparados com 
as amostras compactadas no ramo úmido. Além disso, a ruptura é do tipo “frágil” para os 
primeiros e “plástica” para os segundos, confirmando as diferenças quanto a deformabilidade, 
apontadas anteriormente. De acordo com LAMBE e WHITMAN (1969), a razão desse 
comportamento está nas diferenças entre as estruturas dos solos nos ramos seco e úmido e, 
conseqüentemente, nas pressões neutras que se desenvolvem durante os ensaios triaxiais, que 
são maiores no ramo úmido. Certos solos, quando compactados muito secos, podem apresentar 
estrutura colapsível ao submergir em água, resultando deformações bruscas e trincas. 
 
 13 
 
Figura 13. Resistência ao cisalhamento em função da umidade de compactação (modificado de 
LAMBE e WHITMAN, 1969). 
5. TIPOS DE COMPACTAÇÃO 
5.1. Compactação em Laboratório 
Além dos procedimentos de compactação descritos anteriormente, no item 2 deste 
trabalho, que poderiam ser denominados como “compactação dinâmica”, por se caracterizar 
pela ação de queda de um soquete, três outros procedimentos são eventualmente empregados 
em laboratório. A “compactação estática”, no qual se aplica uma pressão sobre o solo num 
molde, é um procedimento restrito à moldagem de copos-de-prova. A “compactação por 
pisoteamento” tem como objetivo reproduzir o efeito de compactação de um rolo 
pé-de-carneiro; nela, os golpes são aplicados ao solo através de um pistão com mola, em vez da 
queda do soquete. O pistão penetra no solo, iniciando-se a compactação pela parte inferior da 
camada, como faz o pé-de-carneiro nas compactações de campo. E por fim a “compactação por 
vibração”, aplicável a solos granulares em que se coloca uma sobrecarga no topo do solo, 
dentro de um molde, ao mesmo tempo em que se vibra o conjunto, obtendo-se um maior 
entrosamento entre os grãos. 
Foi desenvolvido, em 1948, na Universidade de Harward o ensaio de compactação 
miniatura (Ensaio Harward), sendo que neste ensaio, o solo é compactado em um cilindro de 10 
cm
2
 de área e 10 cm de altura, em 10 camadas com um pisoteador constituído por uma haste de 
12 mm de diâmetro acionada por uma mola cujo esforço aplicado é geralmente de 9 kgf e o 
número de golpes é 25. Este procedimento é muito empregado na confecção de 
corpos-de-prova de solo compactado, em especial em pesquisas com solo estabilizado com 
aditivos químicos. Devido às pequenas dimensões do corpo-de-prova, as operações de cura e 
ruptura são extremamente facilitadas. Este procedimento foi introduzido na tentativa de simular 
melhor a compactação produzida pelo rolo pé-de-carneiro e, a estática, a do rolo liso ou 
pneumático. 
Para moldagem de corpos-de-prova de dimensões reduzidas, diferentes daquelas 
padronizadas nos ensaios de compactação, por compactação dinâmica, deve-se lançar mão da 
equaçãode energia para calcular o número de golpes de um soquete não padronizado para 
compactar um determinado volume de solo em uma energia pré-estabelecida. A energia de 
compactação é definida pela Equação 4, a seguir: 
 
 14 
V
NcNgHM
EC

 (4) 
 
onde: 
 
EC - energia de compactação; 
M - massa do soquete utilizado; 
H - altura de queda do soquete; 
Ng - número de golpes aplicados por camada; 
Nc - número de camadas; e 
V - volume de solos a ser compactado. 
5.2. Compactação em Campo 
Segundo MASSAD (2003), a compactação em campo compreende uma série de 
atividades, que vão desde a escolha da área de empréstimo até a compactação propriamente 
dita. 
5.2.1. Escolha da Área de Empréstimo 
Na escolha da área de empréstimo, intervêm fatores como a distância de transporte, o 
volume de material disponível, os tipos de solos e seus teores de umidade (acerto de umidade). 
Em princípio, qualquer tipo de solo serve, excetuando-se os solos saturados, com matéria 
orgânica e os solos turfosos; deve-se também, procurar evitar os solos micáceos e os saibrosos. 
5.2.2. Escavação, Transporte, Espalhamento e homogeneização do Solo 
A escavação do solo na área de empréstimo deve ser feita com cuidados especiais 
quanto à drenagem, para evitar a saturação do solo em época de chuva, e também quanto à 
estocagem do solo sub-superficial, em geral laterizado, que, quando bem compactado, 
apresenta elevada resistência à erosão. Quando na superfície aflora camada de solo orgânico, de 
pequena espessura, pode-se estocá-lo para sua posterior colocação no local escavado após o 
término da retirada do material de empréstimo, para propiciar a recomposição vegetal natural. 
Depois de transportado e depositado em forma de leiras, o solo é espalhado em 
camadas tais que sua espessura seja compatível com o equipamento compactador. Depois de 
espalhado, o solo e homogeneizado com pulvimisturador ou arado de disco. 
5.2.3. Compactação Propriamente Dita 
Para cada obra de engenharia, existirá uma combinação ideal de parâmetros a se 
atingir, diretamente relacionada às exigências de projeto e dependente do processo construtivo 
empregado, e que levará a obtenção da máxima estabilidade e atenuação dos recalques devido 
às solicitações na camada compactada. Por estas razões, que emerge a grande importância da 
escolha correta do tipo de compactação e equipamento a serem utilizados em função do tipo de 
material a ser empregado no campo. 
Os princípios gerais que regem a compactação no campo são semelhantes aos de 
laboratórios. No entanto, entre outras coisas, podem ser assinaladas: 
 15 
 
• não há, necessariamente, igualdade entre as energias de compactação no campo e 
no laboratório, conduzindo a um mesmo d para um dado teor de umidade e isto se 
deve, principalmente, às diferenças de confinamento do solo, no campo (em 
camadas) e no laboratório (no interior de um cilindro); 
• os equipamentos de compactação conduzem a linhas de ótimos, diferentes das de 
laboratório, podendo estar mais ou menos próximas das linhas de saturação; 
• como está implícito no item acima, podem ser diferentes os teores de umidade, W, 
de campo e de laboratório, para um mesmo d de um mesmo material; 
• são diferentes as estruturas conferidas ao solo no campo e em laboratório, o que 
repercute diretamente na estabilidade alcançada. 
 
Segundo DNER (1996), do ponto de vista da simplicidade, é comum considerar-se, 
apenas, que, para um dado equipamento, a energia ou esforço de compactação é diretamente 
proporcional ao número de passadas e inversamente proporcional à espessura da camada 
compactada. Para variar o esforço de compactação no campo, o engenheiro pode atuar: 
 
• no número de passadas, devendo lembrar-se, naturalmente, que d cresce 
linearmente com o logaritmo do número de passadas; 
• na espessura da camada compactada. Porter afirma que o esforço necessário para 
obter-se um determinado d varia na razão direta do quadrado desta espessura. Por 
exemplo, para uma espessura de 20 cm, o número de passadas n é quatro vezes o 
necessário para uma espessura de 10 cm [n = (20/10)
2
]; 
• mudando as características do equipamento: peso total, pressão de contato ou o 
próprio tipo de equipamento. 
 
 
Figura 14. Efeitos dos diferentes tipos de aplicação da energia compactação em campo. 
 
A Figura 14 mostra que a energia de compactação no campo pode ser aplicada, como 
em laboratório, de três maneiras diferentes, citadas na ordem decrescente da duração das 
tensões impostas: 
 
• pressão estática (aplicada por rolos estáticos de cilindro liso, de pneu e 
pé-de-carneiro). Ocorrem inicialmente deformações plásticas, e à medida que o 
solo vai densificando predominam deformações elásticas; 
 16 
• impacto (aplicada por apiloadores e cargas de impacto). É gerada uma onda de 
pressão que atua em grande profundidade; 
• vibração (aplicada por rolos e compactadores vibratórios). Produz-se o 
deslocamento de sucessivas e rápidas ondas de pressão que movimentam as 
partículas e reduzem o atrito entre elas. Por exemplo, os rolos vibratórios lisos 
geram três forças de compactação: pressão, impacto e vibração. 
 
Os Fatores que influem na compactação e escolha dos equipamentos a serem 
utilizados, são sumarizados a seguir: 
 
• energia de compactação: deve-se escolher um equipamento que tenha condições de 
transferir a energia especificada em projeto ao solo; 
• umidade do solo: (i) quando W < Wot, deve-se irrigar o solo com um caminhão 
tanque com barra de distribuição e bomba hidráulica; e (ii) quando W > Wot, 
deve-se realizar uma aeração do solo, deixando-o em exposição ao vento e ao sol, 
com espalhamento por arados, grades, pulvimisturadores ou motoniveladores; 
• número de passadas: este fator está diretamente lidado ao tempo de execução. A 
eficiência do aumento do número de passadas diminui com o número total de 
passadas sobre uma camada de solo; 
• espessura da camada: é função do tipo de solo e equipamento. Em geral, a 
espessura máxima é fixada em 30 cm (ou 20 cm para materiais granulares); 
• homogeneização: a camada de solo solto deve ser pulverizada de forma homogênea. 
Preconiza-se que torrões secos ou muito úmidos, blocos e fragmentos de rocha 
devem ser evitados; 
• velocidade de rolagem: com material solto tem-se maior resistência à rolagem e 
menor velocidade, obtendo-se maior esforço de compactação nas passadas iniciais. 
O efeito de vibração é bem mais eficiente com menores velocidades; 
• amplitude e freqüência das vibrações: em algumas situações, o aumento de 
amplitude produz maior efeito de compactação que o aumento de freqüência. 
Atingida a condição de ressonância, obtêm-se elevadas densidades. 
 
Para ajuste destes fatores que influem na compactação são muitas vezes realizadas 
canchas (ou aterros) experimentais. 
Porém, chama-se atenção para o fato de que do mesmo modo que em laboratório, a 
variação de d, com a energia de compactação é mais sensível nos solos siltosos ou argilosos, do 
que nos solos pedregulhosos ou arenosos. 
Os equipamentos de compactação comumente utilizados no campo se subdividem nos 
seguintes grupos: 
 
Rolos compressores: 
 
• rolo liso: tambor de aço através do qual se aplica carga ao solo. O tambor pode estar 
vazio ou cheio com água, areia ou pó de pedra. Utilizado na compactação de 
pedregulhos, areias e pedra britada em camadas < 15 cm. 
• rolo vibratório: rolo dotado de uma massa móvel com excentricidade em relação a 
um eixo, provocando vibrações de certa freqüência (1000 a 4800 ciclos/minuto). 
Ajustam-se as vibrações para que entrem em ressonância com as partículas de solo. 
Apresenta maior rendimento a baixas velocidades. Utilizado na compactação de 
solos granulares (areias, pedregulhos, britas) lançados em camadas < 15 cm. 
 17 
• rolo pneumático: plataforma apoiada em eixos com pneus. O número de pneus por 
eixo é variável (3 a 6), mantendo-seum alinhamento desencontrado para melhor 
cobertura. A pressão de contato é função da pressão interna dos pneus. É aumentada 
a carga por roda com o emprego de lastro. Empregado para quase todos tipos de 
solos, especialmente para solos arenosos finos em camadas de até 40 cm. 
• rolo pé-de-carneiro: consiste de tambor de aço onde são solidarizadas saliências 
(patas) dispostas em fileiras desencontradas (90 a 120 por rolo). O pisoteamento 
propicia o entrosamento entre as camadas compactadas. À medida que vai 
aumentando a compactação, há menor penetração, resultando maior pressão de 
contato. Empregado na compactação de solos coesivos (argilas e siltes) em 
camadas de 10 a 20 cm. 
• rolos combinados: combinação de tipos básicos. Exemplo: rolos pé-de-carneiro 
com dispositivo vibratório. 
• rolo de grade: rolo que na superfície lisa é solidarizada grade de malha quadrada. 
Recomendado para a compactação de material granular ou solos muito entorroados. 
• rolo de placas: rolo que na superfície lisa são solidarizados segmentos de placa 
descontínuos. 
 
Outros equipamentos: 
 
• compactadores de impacto/vibratórios: pilões manuais, pilões a explosão (“sapos 
mecânicos”) e soquetes a ar comprimido. Aplicados a quase todos tipos de terreno, 
em operações complementares ou em áreas restritas e fechadas. 
• queda livre de grandes pesos: compactação de aterros e terrenos naturais de grande 
espessura. 
• vibroflotação: equipamento vibratório com injeção d’água. 
 
Alguns dos equipamentos descritos anteriormente podem ser visualizados na Figura 
15 a seguir. O Quadro 4 ilustra as características de alguns rolos compactadores bem como suas 
respectivas aplicações. 
 
Quadro 4. Características e aplicações dos rolos compactadores. 
Tipo de rolo 
Peso 
máximo 
Espessuras 
máximas após 
compactação 
Uniformidade 
da camada 
Tipo de solo 
Pé-de-carneiro estático 20 t 40 cm Boa Argila e siltes 
Pé-de-carneiro 
vibratório 
30 t 40 cm Boa Misturas de areia 
com silte e argila 
Pneumático leve 15 t 15 cm Boa Misturas de areia 
com silte e argila 
Pneumático pesado 35 t 35 cm Muito boa Praticamente todos 
Vibratório com rodas 
metálicas lisas 
30 t 50 cm Muito boa Areias, cascalhos e 
materiais granulares 
Liso metálico estático 
(3 rodas) 
20 t 10 cm Regular Materiais granulares 
e brita 
Grade (malhas) 20 t 20 cm Boa Materiais granulares, 
ou em blocos 
Combinados 20 t 20 cm Boa Praticamente todos 
 18 
 
 
Figura 15. Equipamentos corriqueiramente empregados na compactação de solos. 
6. ESPECIFICAÇÕES PARA COMPACTAÇÃO 
Com relação ao projeto, normalmente, fixam-se apenas o peso específico seco e o teor 
ótimo de umidade a serem atingidos com o solo utilizado, sendo definido a partir deles o Grau 
de Compactação (GC), o desvio de umidade (W) e a tolerância em torno desses parâmetros. 
Cabe à fiscalização e ao executor a determinação dos parâmetros que permitam atingi-los com 
uma compactação bem feita e de forma econômica. O Grau de compactação e o desvio de 
umidade são definidos pelas Equações 5 e 6, respectivamente: 
 19 
 
100%
γ
γ
GC
dmáx
dcampo
 (5) 
 
onde: 
 
GC - é o grau de compactação do solo compactado em campo, expresso em (%); 
 dcampo - é o peso específico seco obtido "in situ"; e 
 dmáx - é o peso específico seco máximo obtido em laboratório, no ensaio de 
compactação, para a energia especificada. 
 
otcampo WWW  (6) 
 
em que: 
 
W - é o desvio de umidade do solo compactado em campo, expresso (%); 
W campo - é o teor de umidade determinado "in situ"; e 
Wot - é o teor de umidade obtido em laboratório, no ensaio de compactação, para a 
energia especificada. 
 
Nas especificações gerais do DNER (1996) é determinado que GC atinja 95% até 60 
cm abaixo do greide e 100% nos últimos 60 cm de aterro, com compactação feita na umidade 
ótima, com uma variação admissível de  3%, e espessura das camadas após o adensamento 
entre 20 e 30 cm. Quanto à qualidade dos materiais, deverão ser evitados solos com CBR < 2 e 
expansão maior que 4%. Porem, estudos recentes, voltados para as características especiais dos 
solos tropicais, podem vir a modificar a exigência sobre o valor do CBR. Quando nas estradas 
se prevê tráfego pesado, com altas cargas por eixo, e freqüência elevada de solicitações, 
procura-se aumentar a energia de compactação e trabalhar com o grau de compactação próximo 
de 100%. Nos solos argilosos, quando desejadas densidades elevadas, deve-se prescrever o 
Proctor modificado e execução com equipamentos pesados que aliem pressão estática com 
amassamento (por exemplo, pneumáticos oscilantes pesados). O Quadro 5, a seguir, contém 
alguns valores recomendados para o grau de compactação para certas obras de engenharia. 
 
Quadro 5. Valores recomendados para o grau de compactação. 
Finalidade Recomendação 
Aterro rodoviário 90-95% do Proctor modificado (topo do 
aterro, 60 cm) 
95-100 % do Proctor normal 
Barragens de terra 95-100 % do Proctor modificado 
Aterros sob fundação de prédios 90-95% do Proctor modificado 
95-100 % do Proctor normal 
Camadas de base de pavimentos 95-100 % do Proctor modificado 
 
A rolagem deve ser feita longitudinalmente, dos bordos para o eixo, e com 
superposição de no mínimo 20 cm entre duas rolagens consecutivas. 
 
 20 
7. CONTROLE DE COMPACTAÇÃO NO CAMPO 
O controle de compactação no campo é realizado por meio da comparação entre o grau 
de compactação obtido “in situ” e o especificado. 
A determinação do teor de umidade e do peso específico seco da massa de solo 
compactado no campo pode feita das seguintes formas: 
 
• determinação do teor de umidade: 
– método da estufa; 
– “Speedy Moisture Test”; e 
– método da frigideira. 
 
• determinação do peso específico: 
– método do frasco de areia; e 
– método do cilindro cortante. 
 
Existem outros métodos mais precisos para o controle de compactação no campo. 
Entretanto, não são muito empregados, por se tratarem de técnicas que exigem um 
conhecimento teórico um pouco mais elaborado que os métodos descritos anteriormente. Estes 
métodos são: 
 
• método de Hilf; 
• método das famílias de curvas de compactação; e 
• relações empíricas estabelecidas com base em estudos estatísticos. 
 
Recentemente, foram criados métodos de grande precisão, que fazem uso de material 
radioativo. Como exemplo, cita-se o “Nuclear Moisture Density Meter”, baseado na emissão de 
raios gama e neutrôns, onde a reflexão destes elementos está relacionada à densidade e umidade, 
respectivamente. 
 
A freqüência do controle, segundo às especificações de terraplanagem do DNER 
(1996), são as que seguem: 
 
• um controle de densidade e umidade para cada 1.000 m
3
 de material compactado; e 
• para camadas finais, pode-se fazer um controle de densidade e umidade para cada 
100 m de extensão, alternativamente no centro e nos bordos. 
8. ATERROS EXPERIMENTAIS 
Segundo PINTO (2000), quando se executam obras de grande vulto, justifica-se a 
construção de aterros experimentais. Um pequeno aterro com o solo selecionado para 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 de um certo número de passadas do 
equipamento, determina-se a umidade de cada sub-trecho e o peso específico seco atingido. 
Repetindo-se o procedimento para diversos números de passadas do equipamento, ou para 
equipamentos diferentes, várias curvas podem ser obtidas, ou a eficácia do equipamento pode 
ser estabelecida. 
Os aterros experimentais orientam na seleção do equipamento a utilizar, e indicam as 
umidades mais adequadas para cada equipamento, as espessuras de camadas, o número de 
passadas do equipamento, a partir do qual pouco efeito é obtido, etc. Os aterros possibilitam a 
 21 
observação visual do solo compactado, com eventuais problemas de laminação ou trincas, e 
deles podem serretiradas amostras bem representativas para realização de ensaios mecânicos 
em laboratórios. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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Solos - Ensaio de Compactação - Procedimento. Rio de Janeiro-RJ, 10 p. 
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Schuster/A Viacom Company, Upper Saddle River, New Jersey 07458, 579 p. 
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGENS - DNER. (1996). 
Manual de Pavimentação. Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico, Divisão de 
Capacitação Tecnológica, 2º edição, IPR - Publicação 697. Rio de Janeiro-RJ, 320 p. 
HOGENTOGLER, C.A. (1936). Essentials of Soil Compaction. Highway Research Board, 
Proceedings, National Research Council, Washington, D.C., vol. 16, pp. 309-316. 
LAMBE, T.W. (1958). The Structured of Compacted Clays. Journal of Soil Mechanics and 
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553 p. 
MASSAD, F. (2003). Obras de Terra: Curso Básico de Geotecnia. São Paulo-SP, Editora 
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NOGUEIRA, J. B. (1988). Mecânica dos Solos. Escola de Engenharia de São Carlos - USP, 
São Carlos-SP, 197 p. 
OLSON, R.E. (1963). Effective Stress Theory of Soil Compaction. Journal of the Soil 
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PINTO, C.S. (2000). Curso Básico de Mecânica dos Solos. São Paulo-SP, Editora Oficina de 
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Record, New York, 3(9) pp. 245-248; 3(10) pp. 268-289; 3(11) pp. 348-351; and 3(12) pp. 
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https://www.researchgate.net/publication/313703122