UNIDADE IV - COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

1. 1
UNIDADE IV - COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
4.1 - INTRODUÇÃO
Defini-se compactação dos solos como sendo o processo mecânico ou manual que visa
diminuir o seu volume de vazios, aumentando assim, não apenas a sua resistência e densidade, mas
fundamentalmente transmitindo uma maior estabilidade ao material. Entenda-se como estabilidade
a presença de uma certa resistência que, apesar de não ser a maior que o solo possa oferecer,
mantenha-se permanente, quer em períodos de seca ou chuva intensa.
De um modo geral, a compactação transmite ao aterro, condições de resistência e
compressibilidade necessária para a sua imediata utilização.
A técnica da compactação é relativamente recente, sendo anteriormente o material lançado
pela sua ponta, com a conseqüente formação de um elevado índice de vazios e exagerada
compressibilidade do aterro, causando assim a sua instabilidade.
A compactação, como um todo objetiva melhorar as características do solo, não só com
relação ao aspecto de resistência, mas também quanto : compressibilidade, permeabilidade e
absorção d’água.
Lembre-se de que na compactação ocorre a expulsão do “ar”, e no adensamento a
expulsão da “água”.
4.1.1 - Aplicação prática
A construção de aterros, é das obra de terra, a que mais exige o estudo da compactação.
Além dela, poderíamos citar :
a) Construção de barragens;
b) Infra-estrutura de rodovias, etc....
A técnica moderna de compactação, baseada no lançamento dos aterros em camadas
horizontais e passagem de rolos compressores pesados, evita a formação de um solo fofo e
elevado índice de vazios entre possíveis torrões, aumentado assim a sua densidade aparente e
consequentemente melhorando a sua resistência.
4.2 - TIPOS DE ENSAIOS
O ensaio original para a determinação do peso específico máximo e o teor de umidade
ótimo é o ensaio de Proctor, idealizado pelo engenheiro americano Ralph Proctor em 1933, após
uma série de estudos realizados na construção de barragens de terra compactadas e rodovias na
Califórnia.
4.2.1 - Proctor Normal
Atualmente este ensaio é conhecido como Proctor Normal, padronizado pela ABNT em
seu MB - 33. Consiste em compactar uma amostra de solo em um cilindro com capacidade de
1000 cm3
em três camadas sucessivas, através da aplicação de 25 golpes de um soquete, pesando
2,5 Kg, caindo de uma altura de 30 cm.
O ensaio é repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um
deles, o peso específico aparente. Traça-se a curva s = f(h), obtendo-se os valores de hot e s,max.

2. 2
Faz-se geralmente, para um melhor traçado da curva, a determinação de cinco pontos,
tentando - se conseguir que dois pontos coincidam na zona seca (lado esquerdo da curva), um
próximo a umidade ótima e os outros dois do lado direito da curva (ramo úmido).
A energia de compactação deste ensaio pode ser calculada como:
E
PhNn
V

(4.01)
onde :
E = energia de compactação;
P = peso do soquete;
h = altura de queda do soquete;
N = número de golpes por camada;
n = número de camadas;
V = volume do solo compactado.
4.2.2 - Proctor Modificado
Em função da utilização de equipamentos de compactação (rolo compactadores) com
maior peso, verificou-se a necessidade de alterar as condições do ensaio, visando manter a
indispensável correlação com o esforço de compactação no campo. Surge, então, o ensaio do
Proctor Modificado.
Neste novo ensaio, apesar da amostra ser compactada no mesmo cilindro, a energia de
compactação é diferente, passando agora para cinco camadas, sofrendo a ação de 25 golpes de
um peso de 4,5 kg de um altura de queda de 45 cm.
Só para se ter uma idéia, a energia de compactação do Proctor normal é de
6 kg . cm / m3
, enquanto que no Proctor modificado passa para 25 kg . cm / m3
.
4.2.3 - Método do DNER
Em função da energia de compactação especificada, o DNER adota os seguintes tipos de
ensaios:
a) Proctor Normal - geralmente utilizado em camadas destinadas a reforço do sub-leito
para fins rodoviários.
Número de golpes = 25
Soquete = 4,5 kg
Altura de queda = 45,70 cm
Número de camadas = 05
Número de golpes = 12
Cilindro = H = 12,70 cm
b) Proctor Intermediário - geralmente utilizado em camadas destinadas a sub-base para
fins rodoviários.

3. 3
Número de golpes = 25
Soquete = 4,5 kg
Altura de queda = 45,70 cm
Número de camadas = 05
Número de golpes = 26
Cilindro = H = 12,70 cm
c) Proctor Modificado - geralmente utilizado em camadas destinadas a base para fins
rodoviários.
Número de golpes = 25
Soquete = 4,5 kg
Altura de queda = 45,70 cm
Número de camadas = 05
Número de golpes = 55
Cilindro = H = 12,70 cm
4.3 - Curvas de Compactação e Saturação
A compactação de um solo consiste basicamente na correlação entre os diferentes estados
envolvendo “massa específica aparente seca “ (s), teor de umidade (h) e “grau de saturação“
(S) de um solo, sob uma determinada energia de compactação.
A representação gráfica da variação dos pesos específicos s , em função da umidade h, é
conhecida como curva de compactação, apresentando o seguinte aspecto:
CURVA DE
COMPACTAÇÃO
C
U
R
V
A
D
E
S
A
T
U
R
A
Ç
Ã
O
(
V
a
r
=
0
)
h
ot
h
3
h
2
h
1
h

s

s,1

s , max

s,2

s,3
Ramo seco
Ramo úmido
Figura 4.01 - Curva de compactação e saturação
Para o traçado da curva s = f(h) tem-se :


s
h


1
(4.02)

4. 4
onde :  = peso específico total do solo
Através desta curva observa-se que existe um determinado ponto em que o peso
específico aparente seco do solo é máximo, e o teor de umidade correspondente é chamado de
umidade ótima (hot). Ou seja, para cada tipo de solo, sob uma dada energia de compactação,
existem, um hot e um s,max específicos.
De um modo geral, apesar de serem diferentes para cada tipo de solo, as curvas de
compactação são semelhantes quanto a forma.
A figura 4.02 mostra algumas curvas, para uma mesma energia de compactação.

s
h
(1) AREIA
(2) AREIA ARGILOSA
(3) ARGILA ARENOSA
(4) ARGILA PLÁSTICA
(1)
(4)
(3)
(2)
0
Figura 4.02 - Tipos de curvas de compactação
Verificando-se a figura 4.01, pode-se tentar entender o “comportamento do solo” durante
o ensaio de compactação, considerando que a medida que o teor de umidade aumenta até um
determinado valor (hot), a trabalhabilidade do solo cresce, resultando em s maiores e volume de
vazios menores, constituindo o ramo esquerdo ou seco da curva. Porém, devido a impossibilidade
de eliminar todo o ar contido nos vazios do solo, a curva de compactação nunca alcançará a
curva de saturação, daí, então, verificar-se que a partir de s,max o ramo decresce, formando o
ramo direito ou úmido da curva de compactação.
A curva de saturação representa basicamente a condição teórica de Var = 0, onde para 
constante e h variável independente de s , permite a determinação da umidade necessária para
saturar um solo:
h x
a
s
% ( )
 

 
1
100
(4.03)
Conforme mostrado na figura 4.03, observa-se que quanto maior a energia de
compactação empregada maior será s,max e o hot tende a ser menor, para um mesmo tipo de solo.

5. 5

s
h
ESFORÇO DE COMPACTAÇÃO
0
E
1
E
2
E
3
E
4
E
1
E
4
E
3
E
2
Figura 4.03 - Energias de compactação diferentes
Quanto maior for o esforço utilizado, tanto mais próximos estarão os grãos uns dos outros,
aumentado consequentemente o s,max., e tornando necessário um teor de umidade ótimo menor
para alcançar esta densidade, quando comparado com uma energia de compactação menor.
4.4 - Curva de Resistência
Utilizando-se um aparelho chamado de Agulha de Proctor, faz-se a determinação da
resistência à penetração oferecida pelo solo compactado, nos diferentes teores de umidade.
Traça-se, então, uma curva denominada Curva de Resistência, em que relaciona a
variação desta resistência à penetração em função da umidade utilizada.
Esta curva nos mostra que a resistência à penetração diminui quando o teor de umidade
aumenta.
O valor da resistência R verificada no teor de umidade ótimo, serve como um parâmetro
importante para o controle de compactação no campo.
h
ot
h
1
h

s

s , max
r
R
h
2
Figura 4.04 - Curva de resistência à penetração pela agulha de Proctor

6. 6
Através da figura 4.04, pode-se observar a importância de se fazer a compactação de um
aterro no teor de umidade ótimo. Pois, apesar de não ser o teor de umidade em que o material
apresentará a maior resistência, é o que reproduz a condição mais estável. Ou seja, independente
da variação climática (p. ex. longos períodos de seca, passando para períodos de chuva intensa) o
aterro compactado no hot , não sofrerá grandes variações de resistência.
4.5 - Índice de Suporte Califórnia
O Ensaio de Suporte Califórnia tem por objetivo determinar a resistência de um solo
compactado, medindo assim a capacidade de suporte das bases compactadas, resultando na
obtenção do “índice de suporte Califórnia” (California Bearing Ratio) comumente conhecido
pela sigla CBR ou ISC, e considerado de grande importância na técnica rodoviária para o
dimensionamento de pavimentos flexíveis.
O ensaio consiste em compactar uma amostra de solo, de acordo com as especificações
do método de ensaio de compactação (Proctor Normal, intermediário e Modificado), no seu teor
de umidade ótima e peso específico aparente seco máximo. Em seguida, o corpo de prova é
inundado durante um período máximo de 4 dias. Sobra a amostra, aplica-se uma pressão,
equivalente ao peso do pavimento, através de discos anulares com peso mínimo de 4,5 kg.
Nesta condição, amostra totalmente saturada, realiza-se o ensaio de expansão do molde
compactado, devido à absorção da água. A leitura é feita através de deflectometros sensíveis a
0,01 mm, acoplados ao tripé sobre a amostra, em intervalos de cada 24 horas, nos 4 dias. A
expansão total é apresentada em porcentagens da altura inicial do corpo de prova.
Os seguintes valores de expansão podem ser levados em consideração, de acordo com a
finalidade da camada de suporte:
Material de subleito - e% < 3 %
Material de sub - base - e% < 2 %
Material de base - e% < 1 %
Vale ressaltar, que o ensaio de Proctor normal, vem atualmente sendo usado,
praticamente, somente para obras de compactação de reaterro de cavas de fundação.
Após a realização dos ensaios de compactação e expansão da amostra, saturada durante
4 dias, faz-se a determinação do ISC, medindo a resistência à penetração do solo, mediante um
puncionamento, na parte superior da amostra, de um pistão cilíndrico com 5 mm de diâmetro, com
velocidade de penetração de 1,25 mm / min.
d deflectôm.
(mm)
Manômetro (kgf)
17, 3 cm
F
15 cm
5 cm
Figura 4.04 - Ensaio do C.B.R.

7. 7
A deformação da amostra é medida através de um deflectometro sensível a 0,01 mm, fixo
no pistão e apoiado no molde cilíndrico.
A relação entre a deformação e tempo, para obedecer a velocidade do ensaio de
penetração é a seguinte:
Tempo Deformação
0,5 min 0,63 mm
1,0 min 1,27 mm
2,0 min 2,54 mm
4,0 min 5,08 mm
6,0 min 7,62 mm
8,0 min 10,16 mm
10,0 min 12,70 mm
Tabela 4.01 - Relação entre o tempo e a deformação, visando o controle da velocidade padrão do ensaio
Para cada um desses tempos, é determinada a pressão correspondente a respectiva
deformação, por meio de leituras feitas em um micrômetro (com sensibilidade de 0,001 mm)
acoplado ao anel dinamométrico.
A carga aplicada é obtida, então, através da correlação entre a constante do anel e as
leituras do micrômetro, sendo em seguida determinada a pressão, dividindo-se a carga pela área
do pistão.
Traça-se a seguir o gráfico tensão x deformação, a qual se apresentar um ponto de
inflexão, será corrigida, bastando para isso, traçar-se uma tangente através deste ponto,
considerando a sua interseção com o eixo das abcissas a nova origem, que se deverá estabelecer
para as penetrações.
0 0,3 0,4 0,5 0,6
0,1 0,2
SEM CORREÇÃO
PARA 0,1
PARA 0,2
COM CORREÇÃO
PRESSÃO
PENETRAÇÃO
Figura 4.05 - Gráfico penetração xdeformação

8. 8
Os valores das pressões, assim obtidos, são expressos em porcentagens das “pressões
padrões”, denominando-se índice de suporte Califórnia (I.S.C) ou índices californianos de
carga (C.B.R). As pressões padrões, que correspondem ao valor da resistência apresentada
pela pedra britada, são as seguintes:
Penetração Pressão padrão
mm pol kg/cm2
lb/pol2
2,54 0,1 70 1.000
5,08 0,2 105 1.500
7,62 0,3 133 1.900
10,16 0,4 161 2.300
12,70 0,5 182 2.600
Tabela 4.02 - Relação entre a penetração xpressão padrão
O ISC usado para calculo do projeto de pavimentos flexíveis é o correspondente à
penetração de 0,1“, a menos que o valor para 0,2” seja maior, caso em que este será adotado.
Deste modo, se chamarmos de p a pressão denominada para a penetração 0,1, o índice
de suporte será:
I S C
p
x
. . .
70
100
(4.04)
Observando a equação (4.04), verifica-se que o solo que no ensaio californiano apresenta
um CBR = 70 é considerado como de máxima resistência. Corresponderá a um solo estabilizado
de características excelentes para uma base de pavimento rodoviário
4.6 - Controle de Compactação
Durante a realização de obras de terras, correspondentes ao trabalho de compactação de
aterros e bases rodoviárias, torna-se obrigatório a execução do controle da compactação,
utilizando para tal, métodos tanto métodos práticos como outros mais complexos, com base em
observações feitas em laboratório.
O método prático mais imediato de controle, é baseado nas seguintes observações de
campo:
1) Espessura das camadas lançadas não maiores do que 30 cm. Uma segunda opção,
seria verificar que a espessura das camadas não devem ter mais que 20 cm, obtendo-se uma
espessura média por nivelamentos sucessivos da superfície do material compactado, p. ex., para
cada 10 camadas compactadas;
2) Controle do teor de umidade do solo a ser compactado próximo à ótima, tanto
manualmente como pelo speedy. Lembre-se de que, o solo na umidade ótima permite a formação
de um torrão pelo esforço das mãos, sem sujar as palmas. Caso o material esteja acima da

9. 9
ótima, fazer a secagem juntamente com a aeração via arado de discos, ou no caso contrário, por
meio de caminhões e irrigadeiras;
3) Homogeneização das camadas a serem compactadas, tanto no que se refere a umidade
quanto ao material, através do emprego de escarificadores ou arados de discos;
4) Passagem do compressor pé-de-carneiro até se verificar que não consiga imprimir as
marcar das suas patas, no solo, com mais de 5 cm de profundidade. No caso de ser um
compressor de pneus, observar a formação de uma superfície lisa, devendo ser escarificada até
uma profundidade de 5 cm, visando uma melhor ligação com a próxima camada.
Apesar de todas estas observações práticas realizadas durante a compactação no campo,
torna-se indispensável o controle feito pelo laboratório, devendo ser cada vez mais intenso e
freqüente, levando-se em conta a importância da obra.
Dentre os métodos de laboratório mais comumente utilizados destacam-se os seguintes:
1) O teor de umidade do solo a ser compactado deve estar com uma tolerância máxima de
 2% da ótima;
2) Deve-se observar um “grau de comapactação”, de no mínimo, 95%, de acordo com
a maioria das especificações. Este valor, é definido como sendo a relação entre a massa específica
aparente do solo seco medida no campo e aquela obtida em laboratório (Método de Proctor),
expressa da seguinte maneira:
Gc
s campo
s
(%)
( )


 ma x.(laborat.)
100
(4.05)
O valor da massa específica aparente seca do solo compactado, pode ser obtida em
campo, através do ensaio denominado, Método do Frasco de Areia, da seguinte maneira: após o
término da passagem dos rolos compressores, retira-se a camada superficial, e faz-se um furo no
solo, determinando-se desta amostra o seu volume, peso e umidade. O valor do peso, é simples,
basta fazer a pesagem direta em balança. O teor de umidade no campo, pode ser determinado
através dos métodos do speedy, álcool (fogareiro) e conforme a necessidade, pela estufa, neste
caso com a montagem de um pequeno laboratório no local da obra.
Já o volume requer a utilização de um frasco contendo uma areia padronizada, e um funil
com registro, acoplado ao seu orifício de abertura. Verte-se este frasco no furo cilíndrico no
terreno, abre-se o registro do funil, até o seu completo enchimento pela areai do frasco. Uma vez
de posse do valor da massa específica aparente seca da areia, obtida antes da realização do
ensaio, e pela diferença de pesagem do frasco antes e depois do preenchimento do furo,
determina-se o volume pela seguinte expressão:
V
P P
furo
f i
s areia


 ( )
(4.06)
Maiores detalhes sobre a realização deste ensaio serão vistos durante as aulas práticas de
laboratório.

10. 10
Método de Hilf - Jacques Hilf, do Buereau of Reclamation dos E.E.U.U., introduziu o
conceito de um novo teor de umidade para compactação de solos, definido como:
z
Peso
Peso
x

da água adicionada ou retirada
da amostra na umidade de campo
100
(4.07)
onde: z é positivo, quando se adiciona água, e negativo quando se retira água, com secagem da
amostra.
Este método permite determinações rápidas de valores de z, pois envolve apreciáveis
quantidades de água retiradas ou adicionadas e medidas rapidamente por pesagens no campo.
Compactando-se uma amostra em um certo teor de umidade h ( de acordo com o conceito básico
de umidade) e que corresponde a um certo valor de z (de acordo dom a definição de Hilf),
obtém-se a massa específica aparente úmida, igual a:
 h
h
P
V

(4.08)
sendo:
Ph = peso da amostra úmida
V = volume da amostra
Hilf definiu uma massa específica aparente corrigida, como sendo:
 
/
h hx
z


100
100
(4.09)
Obtendo-se a grau de compactação através de:
Gc
s campo
s
h campo
h max
(%)
( ) ( )
/
( .)
 




ma x.(laborat.)
100 100
(4.10)
O procedimento para obtenção destes valores é o seguinte:
i) determina-se o valor da massa específica aparente úmida do solo no campo, por um dos
métodos que você conhece;
ii) executa-se um ensaio de compactação no campo (com cilindro, soquete, molde,
número de camadas, número de golpes por camadas utilizados no ensaio de laboratório como
referência) com o mesmo material que acabou de determinar a massa específica aparente úmida de
campo; a amostra de solo é compactada em diferentes teores de umidade (hcampo correspondente
a z = 0), acrescentando ou retirando água para obter diferentes valores de z;
iii) determinam-se os valores de h e ‘h obtidos em ii;
iv) traça-se uma curva de compactação (‘h, z), determinando-se o valor de ‘h(max) , que
permite, pela fórmula (10), a obtenção do grau de compactação (figura 4.10);

11. 11
Os valores positivos de z correspondem à acréscimos de água na amostra de solo e os
negativos à retirada, secagem da mesma, sendo o valor de ‘h para z = 0 correspondente à
compactação na umidade de campo.
Hilf admite, como aproximação, a obtenção de apenas 3 pontos da curva da figura
4.10, fazendo-se passar uma parábola por estes três pontos.
quando zot. > 0, hcampo < hot.
quando zot. < 0, hcampo > hot.
Hilf correlacionou estes valores zot. e hot. através da seguinte expressão:
h h z
h
z
ot campo ot
ot
ot
 


( )
100
100
(4.11)
z
ot
z(-) z(+)
0
'h
'h max
Figura 4.10 - Curva de compactação - Método de Hilf
4.7 - Máquinas e equipamentos de compactação
Basicamente os equipamentos de compactação são classificados em função do tipo de
solo a ser compactado e pelo efeito do seguintes esforços: pressão, impacto e vibração, ou pela
combinação de dois ou todos eles.
Segundo estas condições os rolos compressores seriam classificados nas seguintes
categorias em :
a) Compressores : rolos lisos, rolo de rodas pneumáticas e o pé-de-carneiro;
b) Aparelhos de impacto : soquetes pneumáticos ou de combustão interna ou grandes
pesos caindo de determinadas alturas;
c) Vibradores : vibram o solo através de uma placa ou rolo compressor.
Os principais compressores mais utilizados no país para compactação de solos argilosos,
são os seguintes:

12. 12
1 . Rolo liso - consiste em um rolo de aço, aplicando-se uma carga correspondente a da
própria máquina tratora. Possuí a desvantagem de que a superfície lisa de contato é pequena,
imprimindo assim uma compressão que atinge baixas profundidades. Em solos com consistência
mole, afundam demasiadamente, dificultando o seu tracionamento. São recomendados somente
para a compactação de pedregulhos, areia e brita, com espessura máxima das camadas lançadas
igual a 15 cm;
Figura 4.11 - Rolo compactador liso
2 . Rolo pneumático - caracteriza-se pela pressão de área de contato com o solo, estando
intimamente relacionado com a pressão proveniente do enchimento dos pneus e do peso do
compressor. Este vária entre 10 a 100 tf, com pressão dos pneus (caminhão ou de aviões) de 5 a
10 atm. Dependendo do peso e da área dos pneus, podem compactar profundidades
relativamente grandes, entre 30 a 50 cm. Recomenda-se que a espessura do pneu seja aumentada
até 40 cm. É indicado para solos de granulometria fina arenosa. Da mesma forma como o rolo liso,
possui a desvantagem de deixar superfícies compactadas lisas, sendo então necessário escarificar
esta área de contato para uma melhor aderência.
Figura 4.12 - Rolo compactador pneumático
3 . Rolo pé-de-carneiro - este compressor é constituído por um tambor no qual estão
acopladas peças de aço na forma de patas - os pés-de-carneiro. Normalmente são tracionados
por um trator de esteira. Principais características: a) peso dos tambores vazios variando entre 5 e
12 tf e cheios com areia úmida de 7 a 17 tf; b) número médio de patas por tambor vai de 96 a
120.
Permite um perfeito entrosamento entre as camadas compactadas e o pisoteamanto do
solo compactado, resultando em uma entrosagem dos torrões de solo.

13. 13
Recomenda-se na prática que a sua passagem seja finalizada no momento em que as
impressões deixadas pelas patas nas camadas compactadas sejam não mais profundas que 5
cm.
Figura 4.13 - Rolo compactador pé-de-carneiro
4 - Vibradores - devido a ineficiência de se compactar areias através dos compressores
pé-de-carneiro ou de pneus, torna-se necessário o uso de uma máquina vibratória. O vibrador
pode ser montado sobre uma placa de aço lisa ou em um rolo liso, com o lançamento das
camadas de areia de no máximo 15 cm de espessura. O número de passadas é considerado
suficiente quando não mais haja abatimento visível da camada que está sendo compactada, sem
esquecer, é claro, o acompanhamento dos resultados de laboratório.
Figura 4.14 - Rolo compactador liso comvibrador
5 - Compactadores de impacto - são soquetes manuais de ar comprimido utilizados para
compactação junto às paredes, no espaço não atingido pelos compressores, sendo também
conhecidos como “sapos”.
Em função do que foi mencionada acima, os seguintes critérios podem ser adotados na
enscolha do tipo de equipamento a ser utilizado:

14. 14
ESCOLHA DO TIPO DE EQUIPAMENTO
solos não coesivos
equipamento solos
coesivos
granulometria
contínua
granulometria
uniforme
materiais
pedregulhosos
rolos lisos B B M B
rolos de pneus B B M M
rolos
pé-de-carneiro
B I I I
rolos vibratórios M B M B
B = adequado
M = aceitável
I = inadequado