Aula 6 - Compactação dos solos

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Compactação dos solos
Prof. Douglas Cesário
MECÂNICA DOS SOLOS
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 Definição:
O processo de compactação de um solo pode ser definido, basicamente, como a redução de seu índice de vazios num tempo relativamente rápido, pela expulsão do ar dos vazios, sob ação de uma força mecânica.
A compactação é utilizada para a execução de aterros (estradas, barragens, loteamentos), para melhorar o solo de apoio das fundações, retaludamento de encostas naturais, etc...
Retaludamento: Processo que consiste na adequação do perfil de uma encosta ou talude de forma a se obter um perfil menos favorável a movimentos de massa. A forma mais efetiva de se conseguir isto é diminuir a inclinação do talude. Também é indicado o corte em escadas ou bancadas (bermas de equilíbrio). NBR 11682 − Esta­bi­li­dade de Encostas
INTRODUÇÃO
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Na compactação do solo ocorre a reacomodação da sua fase sólida e variação na sua fase gasosa, mas sem perda da fase líquida.
O processo de compactação é diferente do adensamento que é lento e ocorre pela expulsão da água dos vazios.
INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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Curva de compactação de um solo.
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 Objetivos:
 Reduzir o volume de vazios;
 Aumentar o contato entre os grãos;
 Gerar material mais homogêneo;
 Aumentar a resistência;
 Reduzir a permeabilidade;
 Reduzir a compressibilidade.
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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FATORES RELACIONADOS
 Natureza do solo:
Requer equipamento adequado.
 Teor de umidade:
Corresponde à quantidade mínima de água, necessária para atingir a umidade ótima para a compactação.
Energia de compactação:
Número de passadas do equipamento;
Espessura da camada;
Velocidade de compactação.
Processo de compactação:
- Método de aplicação da energia necessária.
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NATUREZA DOS SOLOS
Para fins de compactação, os solos são divididos em dois grupos:
GRANULARES
COESIVOS
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CURVA DE COMPACTAÇÃO
Em qualquer um deles, apenas no teor de umidade ótimo se atinge a máxima massa específica seca, que corresponde à maior resistência do solo.
Para fins práticos:
gd = g / (1 + w)
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CURVA DE SATURAÇÃO
Lugar geométrico dos valores de w e gd , com o solo saturado.
Pode-se traçar curvas correspondentes a igual grau de saturação.
O solo pode estar em qualquer posição abaixo da curva de saturação, mas nunca acima dela.
Os pontos ótimos das curvas de compactação situam-se em torno de 80 a 90% de saturação.
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TEOR DE UMIDADE
O teor de umidade do solo é vital para uma compactação apropriada. A umidade age como um lubrificante dentro do solo, fazendo as partículas se ajustarem.
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TEOR DE UMIDADE
 Para umidades muito baixas:
 O atrito entre as partículas é muito alto e não se consegue uma significativa redução dos vazios.
 Para umidades mais elevadas:
 A água provoca efeito de lubrificação entre as partículas, que deslizam-se entre si, acomodando-se num arranjo mais compacto.
 A partir de certa umidade:
- Não se consegue mais expulsar o ar dos vazios, ficando envolto por água, não conseguindo sair do interior do solo (bolhas de ar oclusas).
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TEOR DE UMIDADE
 
 A densidade de um solo aumenta à medida que o teor de água vai aumentando, passando por um valor máximo para depois diminuir.
 A densidade máxima corresponde à quantidade mínima de vazios do solo.
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 Teor de umidade:
 Baixos teores de umidade
(w < wót )
a atração face-aresta
não é vencida pela 
energia aplicada. 
Estrutura floculada.
- Elevados teores de 
umidade (w > wót )
Aumenta a repulsão das partículas, e a compactação as orienta, ficando paralelas, resultando na Estrutura dispersa.
- Excesso de água - ar ocluso e água absorve os impactos → má compactação.
TEOR DE UMIDADE
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TEOR DE UMIDADE
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O ramo ascendente da curva de compactação é denominado de ramo seco e o ramo descendente, de ramo úmido.
No ramo ascendente, a água lubrifica as partículas e facilita o arranjo destas, ocorrendo por essa razão, o acréscimo da massa específica aparente seca.
Já no ramo descendente, água amortiza a compactação e começa a ter mais água ao redor dos sólidos, sendo por essa razão que a massa específica aparente seca decresce.
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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 Estrutura do solo compactado:
No ramo seco:
- Maior atrito entre as partículas;
- Estrutura mais floculada (melhor compactação com o aumento da energia);
No ramo úmido:
- Estrutura mais dispersa (aumento da energia pouco interfere na compactação)
- Com aumento da umidade as forças de atração são desfeitas e os grãos começam a atuar como partículas dispersas em água.
- Fenômeno Borrachudo  o solo se comprime, mas logo dilata (o que se comprime são as bolhas de ar ocluso).
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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 Solos coesivos
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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 Solos coesivos
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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 Solos coesivos
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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 Energia aplicada
À medida que o esforço de compactação aumenta, a massa específica aparente seca máxima aumenta e o teor de umidade ótimo apresenta certa redução.
M = massa do soquete;
H = altura de queda do soquete;
Ng = número de golpes por 
camadas;
Nc = número de camadas;
V = volume.
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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Normal 12 golpes
Intermediária  26 golpes
Modificada  55 golpes
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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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Curvas de compactação de um solo para diferentes energias aplicadas (modificado de Sousa Pinto, 2002).
Normal 12 golpes
Intermediária  26 golpes
Modificada  55 golpes
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 Solos coesivos
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
Valores médios de Wót e gdmáx, conforme granulometria do solo
Curvas de compactação de solos compactados com a mesma energia
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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
Compactação de solos na energia do ensaio Proctor normal, considerando-se granulometrias na faixa das argilas aos pedregulhos.
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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
Efeito das características físicas dos solos nas curvas de compactação (modificado de Caputo, 1998).
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 Solos granulares (não coesivos)
Quando compactados, em geral, não apresentam, uma curva de compactação bem definida, como ocorre com os coesivos.
Para uma dada energia de compactação o gdmáx é relativamente elevado, estando o solo seco ou saturado.
Em teores de umidade intermediários, há pequena variação no gdmáx.
 Assim, os conceitos de Wót e gdmáx podem perder significado.
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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 Solos granulares (não coesivos)
As características de compressibilidade e resistência ao cisalhamento dos solos não coesivos relacionam-se com as suas compacidades relativas (CR).
Em geral, os solos não coesivos são mais compressíveis quanto menores forem as suas compacidades relativas e mais resistentes ao cisalhamento quanto maiores forem estas.
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
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 Solos granulares (não coesivos)
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
	CLASSIFICAÇÃO	CR
	Areia fofa	abaixo de 0,33
	Areia de compacidade média	entre 0,33 e 0,66
	Areia compacta	acima de 0,66
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 Compactação em laboratório:
A compactação de corpos de prova em laboratório pode ser feita por 4 vias:
Compactação dinâmica: caracterizada pela ação de queda de um soquete sobre a camada de solo;
Compactação estática: onde se exerce uma pressão constante sobre o solo, a uma velocidade relativamente pequena;
Compactação por amassamento: onde os golpes são aplicados ao solo através de um pistão com mola, iniciando-se a compactação pela parte inferior da camada, à semelhança no campo com o equipamento pé de carneiro;
Compactação por vibração: onde, comumente, pode-se ou não colocar uma sobrecarga sobre a camada de solo a ser compactada, aplicando-se vibração ao conjunto.
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
O pé de carneiro compacta de baixo para cima. As patas do pé de carneiro penetram a camada solta superior e compactam a camada inferior. Quando o pé sai do solo ele joga para cima o material e o resultado é uma camada de material solto em cima. Espalhando mais material, este permanecerá solto e a máquina compactará a camada anterior.
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃOEnsaio de Proctor Normal
ou
A.A.S.H.O Standard
No Brasil foi normatizado pela ABNT/NBR 7182/1986.
A.A.S.H.O = American Association of State Highway Officials
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
SOQUETE PEQUENO: MASSA = 2,5 Kg; ALTURA DE QUEDA - H = 30,5 cm;
SOQUETE GRANDE: MASSA = 4,5 Kg; ALTURA DE QUEDA - H = 45,7 cm.
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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
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
Equipamentos para o ensaio de compactação: moldes (cilindros) e pilões (soquetes).
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Equipamentos para o ensaio de compactação: moldes (cilindros), pilão (soquete) e rasoira.
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
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Compactador automático
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Execução do ensaio:
1) As energias de compactação podem ser: normal, intermediária e modificada, conforme a tabela abaixo:
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Execução do ensaio:
2) Fixar o molde cilíndrico à sua base, acoplar o colarinho. No caso de cilindro grande colocar o disco espaçador. Caso seja necessário colocar o papel filtro na base evitando a aderência do material à base metálica.
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Execução do ensaio:
3) Na bandeja metálica, adicionar água destilada à amostra preparada, gradativamente, homogeneizando bem, de forma a se obter um teor de umidade em torno de 5% abaixo da ótima presumível.
4) No caso de solos onde há dificuldade na uniformização da umidade, recomenda-se deixar a amostra em repouso 24h no saco plástico, vedado em processo de cura.
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Execução do ensaio:
5) Proceder a compactação da amostra, utilizando-se o soquete, número de camadas e golpes estabelecidos anteriormente.
6) Procurar obter camadas compactadas com alturas aproximadamente iguais, escarificando-as.
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Execução do ensaio:
6) Após compactação da última camada, retirar o colarinho e remover o excesso de solo compactado com a régua biselada.
7) Pesar o conjunto cilindro solo, determinando a massa úmida do solo subtraindo-se o peso do molde cilíndrico.
8) Pegar a próxima amostra e adicionar água destilada, de forma a aumentar o teor de umidade em cerca de 2%.
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Execução do ensaio:
9) Repetir as operações descritas de 1 a 8 até se obter no mínimo 05 pontos, sendo, preferencialmente, 03 no ramo seco – um deles próximo à umidade ótima – e 02 no ramo úmido da curva de compactação.
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Exemplo de ensaio de compactação
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Exemplo de ensaio de compactação
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Exemplo de ensaio de compactação
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
Wótimo = 19,3 % e gdmáx = 1730 kg/m3 = 17,30 kN/m3 
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
 Outro exemplo de ensaio de compactação
Com uma amostra de solo argiloso, com areia fina, a ser usada num aterro, foi feito um Ensaio Normal de Compactação (Ensaio de Proctor). Na tabela abaixo estão as massas dos corpos de prova, determinadas nas 5 moldagens no cilindro que tinha 992 cm3 (a norma recomenda 1000 cm3). Também estão indicadas as umidades correspondentes a cada moldagem, obtidas por meio de amostras pesadas antes e após a secagem em estufa. A massa específica dos grãos é de 2,65 kg/dm3. Desenhar a curva de compactação e determinar a densidade máxima e a umidade ótima.
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
	Ensaio n°	1	2	3	4	5
	Massa do corpo de prova, kg	1,748	1,817	1,874	1,896	1,874
	Umidade do solo compactado, %	17,73	19,79	21,59	23,63	25,75
	Ensaio n°	1	2	3	4	5
	Densidade do corpo de prova, kg/dm3					
	Densidade seca, kg/dm3					
 Dados do ensaio:
 Cálculos:
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
	Ensaio n°	1	2	3	4	5
	Massa do corpo de prova, kg	1,748	1,817	1,874	1,896	1,874
	Umidade do solo compactado, %	17,73	19,79	21,59	23,63	25,75
	Ensaio n°	1	2	3	4	5
	Densidade do corpo de prova, kg/dm3	1,762	1,832	1,889	1,911	1,889
	Densidade seca, kg/dm3	1,497	1,529	1,554	1,546	1,502
 Dados do ensaio:
 Cálculos:
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
Wót. = 22,2 % e gdmáx = 1,556 kg/dm3 = 15,56 kN/m3 
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CURVA DE COMPACTAÇÃO
d	17.215	17.73	18.245000000000001	18.760000000000002	19.275000000000002	19.79	20.239999999999998	20.689999999999998	21.139999999999997	21.59	22.1	22.61	23.119999999999997	23.63	24.16	24.69	25.220000000000002	25.75	26.28	26.810000000000002	22.187247706422021	1.4933154169219778	1.4970000000000003	1.502410749846814	1.5095476664624183	1.5184107498468142	1.5289999999999999	1.5380	676700367646	1.5452568933823532	1.5505676700367648	1.554	1.5556191406250002	1.5548255208333335	1.5516191406250006	1.546	1.5379301087622546	1.5279068116830063	1.5159301087622548	1.502	1.4861164853962414	p	16.184999999999999	16.7	17.215	17.73	18.245000000000001	18.760000000000002	19.275000000000002	19.79	20.239999999999998	20.689999999999998	21.139999999999997	21.59	22.1	22.61	23.119999999999997	23.63	24.16	24.69	25.220000000000002	25.75	26.28	26.810000000000002	22.187247706422021	22.187247706422021	1.4970000000000001	1.5289999999999999	1.554	1.546	1.502	hot	16.184999999999999	16.7	17.215	17.73	18.245000000000001	18.760000000000002	19.275000000000002	19.79	20.239999999999998	20.689999999999998	21.139999999999997	21.59	22	.1	22.61	23.119999999999997	23.63	24.16	24.69	25.220000000000002	25.75	26.28	26.810000000000002	22.187247706422021	22.187247706422021	max	16.184999999999999	16.7	17.215	17.73	18.245000000000001	18.760000000000002	19.275000000000002	19.79	20.239999999999998	20.689999999999998	21.139999999999997	21.59	22.1	22.61	23.119999999999997	23.63	24.16	24.69	25.220000000000002	25.75	26.28	26.810000000000002	22.187247706422021	22.187247706422021	0	1.556	vert	16.184999999999999	16.7	17.215	17.73	18.245000000000001	18.760000000000002	19.275000000000002	19.79	20.239999999999998	20.689999999999998	21.139999999999997	21.59	22.1	22.61	23.119999999999997	23.63	24.16	24.69	25.220000000000002	25.75	26.28	26.810000000000002	22.187247706422021	22.187247706422021	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	1.556	Umidade (%)
Densidade (kg/dm3)
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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Caminhão tanque
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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Motoniveladora
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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Moto Scraper
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
OBS.: É mais eficiente aumentar o peso do equipamento ou diminuir a sua velocidade.
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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ROLO TIPO TAMPING
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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Compactador à percussãotipo SAPO
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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Compactador de placa vibratória
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
Quadro apresentando as aplicações dos equipamentos de compactação.
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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 Controle da compactação
As especificações não fixam intervalos de umidade e de densidade seca, mas deve-se obter:
 wcampo = wot ± 3%
 G.C entre 95% e 100%
 Determinação do γdcampo
Para verificação do γdcampo tem-se: 
- O método do frasco de areia.
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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- GC  grau de compactação
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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 Controle da compactação
- O método do frasco de areia
P1 = P(areia + frasco + cone)
P2 = Psolo furo úmido
w = umidade do solo no furo
P3 = Psolo furo seco
P4 = Prestante (areia + frasco + cone)
P5 = Pareia (furo + cone)
V = volume do furo escavado
P6 = P areia no cone
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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108
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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 Determinação do wcampo
Na obra, é fixada uma faixa de variação da umidade permitida em torno da ótima (geralmente, wot + 3%);
Método para determinação da umidade:
- Speedy.
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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113
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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114
EQUIPAMENTOS E COMPACTAÇÃO EM CAMPO
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115
Os valores correspondentes à pressão padrão para as penetrações de 2,54 e de 5,08 estão na tabela abaixo e são aquelas obtidas para a amostra de brita graduada de alta qualidade que foi utilizada como padrão de referência e apresenta CBR = 100%.
- curva de compactação (massa específica aparente seca versus teor de umidade): assinalando-se a massa específica aparente seca máxima e o respectivo teor de umidade (teor de umidade ótimo);
- curva de expansão versus teor de umidade: destacando-se o valor da expansão correspondente ao teor de umidade ótimo obtido na curva de compactação;
- curva do CBR ou ISC versus teor de umidade: anotando-se o valor correspondente ao teor de umidade ótimo (obtido na curva de compactação).
Valores prováveis de CBR para os grupos do SUCS – Sistema Unificado de Classificação de Solos 
Valores prováveis de CBR para os grupos do Sistema HRB – Highway Research Board 
V
N
N
H
M
EC
c
g
.
.
.
=
ót
d
w
E
¯
­
­
,
;
g
min
max
max
e
e
e
e
CR
nat
-
-
=
Cilindro n°:13
Volume:
2,128 dm
3
Peso:3655 g
Peso amostra:6000 g
12345
74457705802579807900
P (solo úm. + cáp):77,9382,6883,8382,2987,08
P (solo seco + cáp):69,2772,9572,3569,8672,9
Peso cápsula:10,9414,3411,4411,5711,25
Teor de umidade:
Massa espec. aparente seca (kg/m
3
):
Dados do Ensaio
Pontos
Determinaçãodo
teor de umidade
Peso (amostra compac. + cilindro) (g):
Peso amostra compactada (g):
Massa espec. aparente úmida (kg/m
3
):
Cilindro n°:13
Volume:
2,128 dm
3
Peso:3655 g
Peso amostra:6000 g
12345
74457705802579807900
37904050437043254245
1781,01903,22053,62032,41994,8
P (solo úm. + cáp):77,9382,6883,8382,2987,08
P (solo seco + cáp):69,2772,9572,3569,8672,9
Peso cápsula:
10,9414,3411,4411,5711,25
Teor de umidade:
14,8516,6018,8521,3223,00
Massa espec. aparente seca (kg/m
3
):
1550,71632,31727,91675,31621,8
Dados do Ensaio
Pontos
Determinaçãodo
teor de umidade
Peso (amostra compac. + cilindro) (g):
Peso amostra compactada (g):
Massa espec. aparente úmida (kg/m
3
):
V
M
=
g
w
d
+
=
1
g
g
3
3
992
,
0
992
dm
cm
V
=
=
100
.
.
)
(
)
(
o
laboratóri
dmáx
campo
d
C
G
g
g
=
w
P
P
+
=
1
2
3
4
1
5
P
P
P
-
=
dareia
P
P
V
g
6
5
-
=
V
P
dcampo
3
=
g