AULA 2- MEC SOLOS - COMPACTAÇÃO - PARTE 1 (1)

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MECÂNICA DOS SOLOS II
AULA 2 – COMPACTAÇÃO (PARTE 1)
Prof. Caroline Tomazoni, DSc.
COMPACTAÇÃO – PARTE 1
1. COMPACTAÇÃO – PRINCÍPIOS GERAIS
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE COMPACTAÇÃO – ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR
3. POR QUE COMPACTAR O SOLO? 
4. UMIDADE ÓTIMA x GRAU DE SATURAÇÃO 
5. FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPACTAÇÃO
6. CAPACIDADE DE SUPORTE DE UM SOLO COMPACTADO – ENSAIO CBR 
1. COMPACTAÇÃO – PRINCÍPIOS GERAIS
Entende-se por compactação de solo a operação de DENSIFICAÇÃO
por meio da remoção de ar e a consequente redução do índice de 
vazios por meio de equipamentos mecânicos
O QUE É COMPACTAÇÃO?
1. COMPACTAÇÃO 
PRINCÍPIOS GERAIS
• Ralph R. Proctor: observou que a 
densidade atingida na operação de 
compactação dependia da umidade do 
solo
• Essa observação serviu de base para a 
construção de toda uma técnica de 
compactação e a prévia determinação 
de qual a umidade mais conveniente 
para se obter um máximo de 
compactação para uma determinada 
energia
Quando o teor de umidade é
gradativamente aumentado sob a 
mesma energia de compactação, o 
peso específico aparente seco (gd) 
também aumenta gradativamente até
um valor máximo, a partir do qual
qualquer aumento no teor de 
umidade tende a reduzir o seu valor. 
1. COMPACTAÇÃO 
PRINCÍPIOS GERAIS
1. COMPACTAÇÃO – PRINCÍPIOS GERAIS
O QUE É O PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (gd)? 
a) É a relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume dos sólidos (Vs)
b) É a relação entre o peso dos sólidos (Ws) e o volume total da amostra (V)
c) É a relação entre o peso dos sólidos (Ws) e o volume dos sólidos (Vs)
Quando o teor de umidade é
gradativamente aumentado sob a 
mesma energia de compactação, o 
peso específico aparente seco (gd) 
também aumenta gradativamente até
um valor máximo, a partir do qual
qualquer aumento no teor de umidade
tende a reduzir o seu valor. 
1. COMPACTAÇÃO 
PRINCÍPIOS GERAIS
• No ramo seco da curva (trecho
ascendente da curva), a água atua
como um agente lubrificante
permitindo que as partículas de 
solo deslizem umas sobre as outras
ou se movam para uma “posição
densamente compactada”. 
• Assim, no processo de 
compactação a densificação é
promovida pelo rearranjo
estrutural das partículas
formadoras do solo.
PORQUE O TEOR DE UMIDADE 
INFLUENCIA A COMPACTAÇÃO?1. COMPACTAÇÃO 
PRINCÍPIOS GERAIS
COMPACTAÇÃO –
PRINCÍPIOS GERAIS
• Após alcançado o valor máximo para 
o peso específico aparente seco (gd) 
– ponto de inflexão da curva de 
compactação - qualquer aumento no 
teor de umidade tende a reduzir o 
seu valor, este trecho é chamado de 
ramo úmido da curva de 
compactação
• Este fenômeno ocorre porque a água
ocupa os espaços que eram
ocupados pelas partículas sólidas. O 
teor de umidade para o qual o PESO 
ESPECÍFICO MÁXIMO é obtido é
chamado de TEOR DE UMIDADE 
ÓTIMO. 
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE COMPACTAÇÃO –
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR
• O ensaio consiste em apiloar
uma porção de solo em um 
cilindro com volume conhecido, 
fazendo-se variar a umidade de 
forma a obter o ponto de 
compactação máxima no qual
obtém-se a umidade ótima de 
compactação.
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE COMPACTAÇÃO –
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR
• Etapas do ensaio:
• A amostra do solo é previamente seca e destorroada
• Acrescenta-se água a amostra, que é homogeneizada
• O solo é acondicionado em um cilindro padrão (volume de 
aproximadamente 1 dm3), que é fixado em uma chapa de apoio
• O solo é apiloado em e camadas iguais por 25 golpes de um soquete
com massa e altura de queda pré-definidos (2,5 kg lançados de uma
altura de 30 cm). 
ENSAIO DE 
COMPACTAÇÃO PROCTOR 
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE 
COMPACTAÇÃO – ENSAIO DE 
COMPACTAÇÃO PROCTOR
• Determina-se o peso específico
natural de compactação, pesando-se o 
conjunto cilindro + solo compactado
por meio da equação:
! = #$
• Onde: 
W = peso do solo compactado no molde
V = volume do molde (944 cm3)
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE 
COMPACTAÇÃO – ENSAIO DE 
COMPACTAÇÃO PROCTOR
• Com uma amostra retirada do interior 
do corpo de prova de solo 
compactado, determina-se a umidade
• Com o teor de umidade do solo 
conhecido, determina-se o peso 
específico aparente seco pela equação
!" =
!
1 + ℎ
TEOR DE 
UMIDADE
Onde:
• h = umidade (%)
• Pa = peso de água
• Ps = peso do solo seco (ou seja, apenas os
grãos)
ℎ = #$#%
× 100
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE 
COMPACTAÇÃO – ENSAIO DE 
COMPACTAÇÃO PROCTOR
• A amostra então é destorroada e 
acrescenta-se um pouco mais de 
água ao solo. A operação é
repetida até que se perceba que 
a densidade, após ter subido, 
tenha caído em três operações
sucessivas
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE 
COMPACTAÇÃO – ENSAIO DE 
COMPACTAÇÃO PROCTOR
• Com os dados obtidos, 
a curva de compactação
é plotada com os
valores de gd obtidos
em função dos teores
de umidade (h) 
correspondentes
• Os pontos são unidos
formando uma curva
parabólica. 
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE 
COMPACTAÇÃO – ENSAIO DE 
COMPACTAÇÃO MODIFICADO
• Com o desenvolvimento de 
rolos compactadores mais
pesados, o ensaio de Proctor 
Normal foi modificado para 
melhor representar as 
condições de campo
• O ensaio pode ser realizado em
TRÊS NÍVEIS DE ENERGIA DE 
COMPACTAÇÃO, conforme as 
especificações da obra: 
NORMAL, INTERMEDIÁRIA E 
MODIFICADA
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA 
DE COMPACTAÇÃO – ENSAIO DE 
COMPACTAÇÃO MODIFICADO
• Cilindro maior
• Soquete maior
• Mais pesado
• Maior altura de queda
• 5 camadas/ 12 golpes
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE COMPACTAÇÃO –
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MODIFICADO
• Com o aumento do esforço de 
compactação, o resultado do ensaio de 
Proctor Modificado apresenta um 
aumento no peso específico seco 
máximo do solo, que é acompanhado 
por um decréscimo no teor de umidade 
ótimo. 
2. DETERMINAÇÃO DA CURVA DE COMPACTAÇÃO 
– ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MODIFICADO
3. POR QUE COMPACTAR O SOLO? 
• Solo existente no local de uma obra e solos transportados e 
depositado para a construção de um aterro: encontra-se em um 
estado desagregado (relativamente “fofo”) e heterogêneo
• Solos em estado natural necessitam ter suas propriedades
geotécnicas aprimoradas para poderem ser empregados como
material de construção
3. POR QUE 
COMPACTAR 
O SOLO? 
ESTABILIDADE!!!!
4. UMIDADE ÓTIMA x GRAU 
DE SATURAÇÃO 
• Uma família de curvas (hipérboles) que 
representam o mesmo grau de saturação
podem ser traçadas no Diagrama de 
Proctor, considerando que o peso 
específico aparente seco (gd) e o grau de 
saturação (S) se relacionam por meio da 
seguinte equação:
!" = $%&$'().&+) !-
4. UMIDADE ÓTIMA x 
GRAU DE SATURAÇÃO 
• Observa-se que o ramo úmido é 
aproximadamente paralelo a hipérbole dos 
100% sem, contanto, coincidir com ela, o que 
leva a concluir que o solo não satura. 
• Observa-se também que o lugar geométrico 
dos picos das diversas curvas corresponde, 
aproximadamente, à linha com grau de 
saturação entre 80 e 90%, conforme a 
expressão, que é denominada de linha dos 
pontos ótimos.
5. FATORES QUE INFLUENCIAM A 
COMPACTAÇÃO 
Umidade Energia de compactação Tipo de solo
5. FATORES QUE INFLUENCIAM A 
COMPACTAÇÃO 
• Tipo de solo
• tamanho dos grãos
• distribuição granulométrica destes grãos
• formato de partículas 
• quantidade e tipos de minerais de argila presentes
5. FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPACTAÇÃO 
6. CAPACIDADE DE 
SUPORTE DE UM SOLO 
COMPACTADO – ENSAIO 
CBR 
PERGUNTA: Tendo como dados o 
γd,máx e a hot de um determinado 
solo podemos determinar a sua 
resistência??
ENSAIO DE CBR: obtém-se um 
parâmetro de resistência, e com 
isso, é possível determinar a 
capacidade de suporte desse solo
6. CAPACIDADE DE SUPORTE DE UM SOLO 
COMPACTADO – ENSAIO CBR 
• A capacidade de suporte de um solo compactado pode ser
medida através do método do índice de suporte, que fornece o 
“Índice de Suporte Califórnia - ISC” (California Bearing Ratio - CBR)
• Trata-se de um método de ensaio empírico, adotado por grande
parcela de órgãos rodoviários, no Brasil e no mundo. O objetivo do 
ensaioé determinar: 
• O índice de suporte Califórnia (CBR) 
• A expansão (E)
6. CAPACIDADE DE SUPORTE DE UM SOLO 
COMPACTADO – ENSAIO CBR 
• O ensaio CBR consiste na determinação 
da relação entre a pressão necessária 
para produzir uma penetração de um 
pistão num corpo de prova de solo, e a 
pressão necessária para produzir a 
mesma penetração numa mistura padrão 
de brita estabilizada 
granulometricamente. 
ENSAIO CBR –
PROCEDIMENTO DE ENSAIO
• O ENSAIO CONSITE EM BASICAMENTE EM TRÊS ETAPAS
• COMPACTAÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA
• FASE DE EXPANSÃO
• RUPTURA DOS CORPOS-DE-PROVA POR PUNÇÃO EM UMA PRENSA
ETAPA DA COMPACTAÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA: 
• MoldaM-se 5 corpos-de-prova no cilindro de Proctor Modificado com (em 
teores de umidade crescentes)
6. CAPACIDADE DE SUPORTE DE UM SOLO 
COMPACTADO – ENSAIO CBR 
gd1 gd2 gd3 gd4 gd5
hothot – 4% hot – 2% hot + 2% hot + 4%
Imersão por 4 dias: medir expansão!!!! 
Imersão em água
Execução de leituras ao longo do tempo (a cada 24h, até 96h)
Determinação da leitura inicial
ETAPA DE EXPANSÃO
• Deixa-se o corpo-de-prova imerso em água por 4 dias, 
medindo sua expansão a cada 24 h;
• Tem como objetivo deixar o solo em sua pior 
condição: encharcado
• Com isso, verifica-se se o solo é expansível e obtém-se 
um valor de resistência para a pior condição possível;
DADOS DO ENSAIO
• Expansão
Pergunta aos universitários: quem expande mais???
Se tiver potencial expansivo, maior o 1!!!!
Cálculo da Expansão
A altura inicial do corpo-de-prova corresponde à diferença de altura 
total do molde e a altura do disco espaçador,
• % expansão negativa: corpo-de-prova contraiu;
• % expansão positiva: corpo-de-prova expandiu;
Tempo (dias)
Expansão (%)
CP1
CP2
CP3
CP4
CP5
1 2 3
4%
6%
8%
CBR – ETAPA DE RUPTURA
• Índice Suporte Califórnia (CBR)
Retira-se o cilindro da água
Montagem na prensa Esquema do CBR
CBR – ETAPA DE RUPTURA
Retira-se o cilindro 
da água
Colocação CP na 
prensa
Execução da ruptura por 
punção
CBR – ETAPA DE RUPTURA
• A penetração é realizada em uma prensa de 
compressão;
• A velocidade de deformação deve ser de 1,27 
mm/min;
• Registram-se leituras de carga versus 
penetração a cada 0,64 mm da penetração até 
chegar a um valor de 5,0 mm a partir do qual 
registram-se leituras com velocidades de 
penetração de 2,5 mm/min até obter uma 
penetração total de 12,7 mm;
• A leitura do anel é feita em μm e corrigida de 
acordo com a curva de calibração do anel 
dinamométrico; 
DADOS DO ENSAIO DE CBR Curva de 
Calibração
Penetração
(mm)
Tempo (min) Leitura do 
anel 
(μm)
Carga 
(N)
Pressão 
(MPa)
0,63 0,5
1,27 1,0
1,90 1,5
2,54 2,0
3,17 2,5
3,81 3,0
4,44 3,5
5,08 4,0
7,62 6,0
10,16 8,0
12,7 10,0
Cálculo do ISC
EXEMPLO DE CURVA DE CALIBRAÇÃO DO ANEL DINAMOMÉTRICO:
DADOS DO ENSAIO DE CBR Curva de 
Calibração
Penetração
(mm)
Tempo (min) Leitura do 
anel 
(μm)
Carga 
(N)
Pressão 
(MPa)
0,63 0,5
1,27 1,0
1,90 1,5
2,54 2,0
3,17 2,5
3,81 3,0
4,44 3,5
5,08 4,0
7,62 6,0
10,16 8,0
12,7 10,0
Cálculo do ISC
• A determinação do ISC é efetuada através da curva pressão x penetração do pistão que deve
ser traçada conforme os passos a seguir:
• Onde:
• CARGA: cada leitura efetuada no extensômetro do anel dinamométrico corresponde uma respectiva
carga atuante. Tal correspondência deve ser obtida no gráfico de calibração do anel utilizado, em N;
• ÁREA: seção transversal do pistão de penetração da prensa de CBR, em m²;
• EXEMPLO DE CURVA DE CALIBRAÇÃO DO ANEL DINAMOMÉTRICO:
Cálculo do ISC
Cálculo do ISC
Pressão Padrão: Como foi determinada?
• Trata-se de uma brita graduada de alta resistência que representa um CBR=100%; 
• Para essa brita, o ensaio realizado sob as condições descritas resulta em:
• Para a penetração de 2,54 mm (0,1”): pressão padrão corresponde a 70,33 
kgf/cm2 ;
• Para a penetração de 5,08 mm (0,2”): pressão padrão corresponde a 105,46 
kgf/cm2;
• Com isso, compara-se os resultados encontrados com o da brita, obtendo uma 
porcentagem de equivalência à ela;
CORREÇÃO DOS VALORES:
• Traça-se a curva pressão x penetração do pistão
• Se a curva apresentar um ponto de inflexão, traça-se neste ponto uma tangente, até que se 
intercepte o eixo correspondente às penetrações do pistão, 
• A curva corrigida será então composta por tal tangente mais a porção convexa da curva original, 
considerando a mudança da origem para o ponto onde a tangente corta o eixo das penetrações, 
sendo “c” a distância entre esse ponto e a posição inicial da origem, soma-se esse valor às 
penetrações de 2,54 mm e 5,08 mm, Para essas penetrações corrigidas, determinam-se as 
pressões correspondentes,
• O valor do Índice de Suporte Califórnia é obtido pela fórmula:
ISC% = Pressão calculada ou corrigida x 100
Pressão padrão
Cálculo do ISC
CORREÇÃO DA CURVA
CURVA
PRESSÃO X 
PENETRAÇÃO 
DO PISTÃO
• Para a penetração de 2,54 mm (0,1”) a pressão 
padrão corresponde a 70,33 kgf/cm2 e para a 
penetração de 5,08 mm a pressão padrão 
corresponde a 105,46 kgf/cm2;
• O Índice de Suporte Califórnia para cada ponto 
será o maior dentre os dois valores obtidos para as 
penetrações de 2,54 mm e 5,08 mm;
• Repetir os cálculos descritos acima para cada 
corpo-de-prova;
• O ISC ou CBR final será o valor do CBR (Eixo das 
ordenadas) correspondente à umidade ótima (Eixo 
das abscissas) obtida no Ensaio de Compactação;
Resultado –
CBR FINAL
• Curva de Expansão
• Deve-se utilizar mesma escala para as 
umidades de moldagem, conforme gráfico 
do slide a seguir;
• A Expansão final será o valor de Expansão 
(Eixo das ordenadas) correspondente à 
umidade ótima (Eixo das abscissas) obtida 
no Ensaio de Compactação, 
• Curva do ISC
• Seguindo-se o mesmo procedimento 
acima descrito para a Curva de Expansão, 
traça-se o gráfico de ISC (CBR) marcando-
se no eixo das ordenadas os valores de ISC 
(CBR) obtidos, em escala adequada,
Resultado –
CBR FINAL