Estudo Para Solol

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS

BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA

FELIPE MOREIRA DE MAGALHÃES

INFLUÊNCIA DOS EQUIPAMENTOS NO PROCESSO DE COMPACTAÇÃO EM

SOLOS NA CIDADE DE MOSSORÓ

MOSSORÓ – RN

2012

FELIPE MOREIRA DE MAGALHÃES

INFLUÊNCIA DOS EQUIPAMENTOS NO PROCESSO DE COMPACTAÇÃO EM

SOLOS NA CIDADE DE MOSSORÓ

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à

Universidade Federal Rural do Semi-Árido –

UFERSA, Departamento de Ciências

Ambientais e Tecnológicas para a obtenção do

título de Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Orientador: Prof. MSc. Francisco Alves da

Silva Júnior.

MOSSORÓ – RN

2012

Dedico este trabalho às pessoas que sempre

estão presentes ao meu lado me ajudando e

que me incentivam sempre a não desistir

diante das dificuldades encontradas no meio

do caminho, dedico aos meus pais, Raimundo

Magalhães e Antônia Moreira, meus irmãos,

Rafael Moreira e Thiago Moreira, a Débora

Ellen, minha família e amigos.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço a Deus por sempre me dar forças pra continuar buscando essa

formação tão desejada, mesmo diante das dificuldades e desmotivações que por ventura

vieram à tona, por me abençoar pela oportunidade de ingressar em uma faculdade federal e

poder seguir em busca de um sonho.

Agradeço a meus pais, Raimundo Rufino Magalhães Filho e Antônia Moreira Filgueira por

sempre me apoiar em tudo, principalmente nos estudos, sempre abrindo meus olhos, me

mostrando o caminho certo e me proporcionando toda uma estrutura pra seguir sempre

concentrado na busca pelo objetivo maior, obter a graduação.

Ao meu professor orientador Francisco Alves da Silva Júnior por me estender a mão em um

momento difícil, quando estava sem rumo até a véspera da entrega do projeto de pesquisa e

mesmo assim me deu força, afirmando que iria dar certo e que me orientaria para o trabalho

que segue, demonstrando seu caráter e força de vontade para ajudar o próximo.

À Débora Ellen de Oliveira Alves, que sempre me incentivou, sempre me mostrou o caminho

certo, puxando minha orelha em alguns momentos em que estava desmotivado e preocupado

por ainda não ter um tema, ou um orientador, pensando no pior, mas ela me fez acordar e

seguir na luta.

Aos meus amigos da faculdade, principalmente a José Daniel Jales, até então monitor do

laboratório de Mecânica dos Solos, que esteve ao meu lado durante boa parte da execução

desta pesquisa me auxiliando e me ajudando muito em todos os ensaios, seja em campo ou em

laboratório.

À Universidade Federal Rural do Semiárido – UFERSA por disponibilizar uma estrutura com

um quadro de professores bastante profissionais, responsáveis e eficientes, salas de aula

acessíveis e laboratórios suficientes para que esta pesquisa fosse desenvolvida.

Agradeço a todo campo que contribuiu para o desenvolvimento da pesquisa, bem como às

construtoras MASSAI, REPAV e HEPTA, disponibilizando o material para estudo e toda

atenção necessária para os ensaios realizados em campo.

“O sucesso é um professor perverso. Ele seduz

as pessoas inteligentes e as faz pensar que

jamais vão cair.”

(Bill Gates)

RESUMO

Com o aumento das obras em diversas áreas da cidade de Mossoró, observou-se a necessidade

de verificar se esse aumento está se dando de uma forma apenas quantitativa ou também

qualitativa. Neste trabalho, foram estudadas duas obras visitadas na cidade de Mossoró que

passaram pelo processo da compactação do solo destinado aos aterros sob os pisos dos

pavimentos térreos. Para ambas as obras, realizaram-se ensaios em laboratório, após uma

coleta de amostra de solo de cada obra, e em campo, para extração dos índices ótimos para o

solo. Conforme norma foi realizado o ensaio de compactação Normal de Proctor para

determinação da umidade ótima e peso específico seco máximo, extraídos da curva de

compactação de cada solo. Com os dados obtidos em laboratório e em campo, através do

ensaio do Frasco de Areia e do Speedy Test, foram efetuados os devidos cálculos finalizando

com o grau de compactação, que, após sua análise e conforme a ABNT, observou-se que os

métodos utilizados em campo, comparados com os dados de laboratório, foram em média,

satisfatórios para uma obra e insatisfatório para a outra. No entanto, estes valores não

configuram em uma total ineficácia dos processos construtivos ou equipamentos utilizados,

pois a variação não foi significativamente fora dos limites inferiores aceitáveis. Desta forma,

percebe-se a necessidade de um melhor esclarecimento do processo de compactação de solos

em obras na cidade.

Palavras-Chave: Compactação; Solo; Equipamentos de compactação.

LISTA DE GRÁFICOS E QUADROS

Quadro 1- Tipos de energia de compactação. ........................................................................... 20

Quadro 2- Equipamento de compactação x tipo de solo .......................................................... 30

Quadro 3- Cálculos das umidades – Obra 01 ........................................................................... 46

Quadro 4- Cálculos dos pesos específicos aparentes naturais - Obra 01.................................. 47

Quadro 5- Cálculos dos pesos específicos aparentes secos – Obra 01 ..................................... 48

Gráfico 1-Curva de compactação da obra 01. .......................................................................... 49

Quadro 6- Cálculos das umidades – Obra 02 ........................................................................... 52

Quadro 7- Cálculos dos pesos específicos aparentes naturais – Obra 02 ................................. 53

Quadro 8-Cálculos dos pesos específicos aparentes secos – Obra 02 ...................................... 53

Gráfico 2-Curva de compactação da obra 02. .......................................................................... 54

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Fissuras devido ao recalque da fundação. ................................................................. 15

Figura 2: Ensaio Normal de Proctor. ........................................................................................ 17

Figura 3: Curva de compactação, zona seca e zona úmida. ..................................................... 18

Figura 4: Influência da energia de compactação na umidade ótima e densidade seca máxima.

.................................................................................................................................................. 19

Figura 5: Jazida de solo para compactação. ............................................................................. 21

Figura 6: Espalhamento do material in loco. ............................................................................ 22

Figura 7: Compactação de pequenas áreas. .............................................................................. 23

Figura 8: Compactação de grandes áreas. ................................................................................ 23

Figura 9: Compactador de solo mecânico. ............................................................................... 26

Figura 10: Equipamentos de placa vibratória. .......................................................................... 26

Figura 11: Rolo pé de carneiro auto propulsivo (a) e arrastado por trator (b). ......................... 27

Figura 12: Rolo compactador liso (a) e rolo liso tipo tandem (b). ........................................... 28

Figura 13: Rolo compactador pneumático................................................................................ 29

Figura 14: Soquete (a) e extrator (b). ....................................................................................... 32

Figura 15: Cilindro padrão (a) e base de cilindro (b). .............................................................. 32

Figura 16: Disco espaçador (a) e anel prolongador (b). ........................................................... 32

Figura 17: Colocação do solo em cinco camadas uniformes (a) e aplicação dos golpes (b).... 33

Figura 18: Retirada do anel prolongador (a) e regularização da superfície (b). ....................... 34

Figura 19: Molde extraído partido ao meio (a) e retirada das amostras (b). ............................ 34

Figura 20: Pesagem do frasco de areia. .................................................................................... 37

Figura 21: Preenchimento do funil com areia. ......................................................................... 37

Figura 22: Preenchimento do cilindro de volume conhecido. .................................................. 38

Figura 23: Escavação de furo correspondente à abertura da bandeja (a) com profundidade de

aproximadamente 15,0cm (b). .................................................................................................. 39

Figura 24: Retirada de material do furo para pesagem (Pt). ..................................................... 39

Figura 25: Pesagem do frasco de areia. .................................................................................... 40

Figura 26: Preenchimento do furo com areia padrão (a) e (b).................................................. 40

Figura 27: Agitação do aparelho para começar a reação. ......................................................... 42

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 12

1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS ......................................................................................... 12

2. REVISÃO DE LITERATURA .......................................................................................... 14

2.1. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS ...................................................................................... 14

2.2. CONSEQUÊNCIAS DE UMA COMPACTAÇÃO MAL EXECULTADA .................... 15

2.3. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO....................................................................................... 16

2.3.1. Ensaio Normal de Compactação ................................................................................. 17

2.4. ENERGIA DE COMPACTAÇÃO .................................................................................... 18

2.4.1. Tipos de Energia de Compactação .............................................................................. 19

2.5. COMPACTAÇÃO NO CAMPO ...................................................................................... 20

2.5.1. Controle da Compactação ........................................................................................... 24

2.5.2. Equipamentos de Compactação .................................................................................. 25

2.5.2.1. Soquetes Mecânicos .................................................................................................... 25

2.5.2.2. Placas Vibratórias e Placas Vibratórias Reversíveis ................................................... 26

2.5.2.3. Rolo Estático Pé de Carneiro ....................................................................................... 27

2.5.2.4. Rolo Estático Liso ....................................................................................................... 27

2.5.2.5. Rolo Estático Pneumático ............................................................................................ 28

2.5.2.6. Rolos Vibratórios ......................................................................................................... 29

2.6. TIPO DE SOLO X EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO ...................................... 29

3. MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................................. 31

3.1. ENSAIO NORMAL DE PROCTOR ................................................................................ 31

EQUIPAMENTOS ................................................................................................................... 31

MÉTODO EXPERIMENTAL ................................................................................................. 33

3.2. MÉTODO DO FRASCO DE AREIA ............................................................................... 36

EQUIPAMENTOS ................................................................................................................... 36


3.3. MÉTODO SPEEDY TESTE ............................................................................................. 41

EQUIPAMENTOS ................................................................................................................... 41


4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................................... 43

4.1. DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO DA AREIA PADRÃO ............................. 43

OBRA 01 .................................................................................................................................. 44

OBRA 02 .................................................................................................................................. 51

5. CONCLUSÕES ................................................................................................................... 57

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 59

12

1. INTRODUÇÃO

1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS

A construção civil sempre foi uma das etapas mais importantes da evolução humana.

Desde os tempos antigos, construções são feitas visando o bem estar, acomodação, conforto e

segurança para o homem. As construções na antiguidade, como as pirâmides do Egito,

palácios antigos para os reis ou construções modernas como nas cidades de Abu Dhabi e

Dubai, nos Emirados Árabes, não poderiam ter sido feitas sem uma análise prévia do solo a

qual as mesmas foram assentes.

É a partir das características do solo, propriedade física e química, que se poderá

identificar o tipo de solo e para quais tipos de construções poderá ser utilizado. Uma vez

estudado, proporcionarão dados específicos sobre o solo, como resistência, granulometria,

limites de consistência, umidade, entre outros. Após a identificação da viabilidade do local, as

obras são feitas por etapas e uma das principais durante uma obra é a compactação dos aterros

para assentamento destas. A compactação é um método de estabilização e melhoria do solo

através de processo manual ou mecânico com aplicação de cargas visando reduzir o volume

de vazios existentes entre as partículas de solo (aterro), aumentando à intimidade entre estas e

consequentemente a sua resistência. Este aumento de resistência gera inúmeras vantagens

como, aumento da capacidade de carga, evita recalque do solo, dá estabilidade, reduz a

infiltração de água, dilatação e contração, reduz à sedimentação do solo, melhora a

deformabilidade, aumenta a densidade do solo, entre outras.

Para reduzir a porosidade dos solos e fazer com que este ganhe resistência, é

necessário o auxilio de equipamentos a base de percussão e/ou vibração para uma

compactação em massa. Durante esse processo, surge à importância da verificação daquele

solo, e do equipamento que está sendo utilizado, se está sendo executado da melhor maneira e

com sua total eficiência. Para essa análise, muitos fatores são envolvidos, como o estado de

conservação a que o equipamento se encontra, treinamento adequado para o operador,

acompanhamento “in loco” do responsável pela obra, sequência das etapas do processo, entre

outras. Essa fiscalização é importante, pois está relacionada à estabilidade de uma edificação.

Uma compactação mal executada poderá acarretar patologias para obra e, futuramente,

poderão ocorrer perdas, além de financeiras, humanas.

13

Esta verificação é necessária na cidade de Mossoró, pois esta experimenta um

considerável acréscimo do número de edificações nos últimos anos, gerando um aumento de

cargas aos solos de fundações e aterros compactados, que com uma má qualificação das

técnicas, poderão ocorrer graves erros.

Este trabalho tem como objetivo analisar a eficiência e a influência dos equipamentos

no processo de compactação em solos na cidade de Mossoró. Sendo avaliados

especificamente os seguintes itens:

▪ Entender como é feito o processo de compactação dos solos.

▪ Conhecer os equipamentos mais eficientes para compactar os diferentes tipos de

solos.

▪ Verificar a eficácia dos equipamentos utilizados para compactar as obras na cidade

de Mossoró.

O trabalho está dividido da seguinte forma: Inicialmente já fora relatado e identificado

um tema que seria repercutido com atenção e importância, assim como, traçados os objetivos

a serem atingidos após a escolha desse tema; Em seguida segue-se uma revisão de literatura

referente aos assuntos correlatos ao tema; Descrição da metodologia utilizada no trabalho;

Exposição dos resultados encontrados; Conclusões atingidas; Referencial consultado.

14

2. REVISÃO DE LITERATURA

2.1. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

De Jong (2010), define a compactação de um solo como um aumento da densidade

deste, que pode ser causado pelo simples caminhar de homens ou animais, sendo resultado do

rearranjamento das partículas do solo e consequente redução da porosidade. Esse

rearranjamento das partículas, que pode ser feito naturalmente até mesmo pelo caminhar dos

animais, porém em menor proporção, consiste no deslizamento dos grãos em direção uns aos

outros. A água atua como fator fundamental nesse processo, pois lubrifica os grãos,

facilitando o rearranjo.

As forças que atuam no solo ocasionando a compactação são classificadas

em externas e internas. O tráfego de veículos, animais ou pessoas, bem como

o crescimento de raízes que aproximam as partículas do solo para sua

passagem, são responsáveis pelas forças externas. Os ciclos de

umedecimento e secagem, congelamento e degelo, expansão e contração da

massa do solo respondem pelas forças internas (DE JONG, 2010, p. 81).

Existe uma diferença entre dois conceitos que deve ser destacada para evitar

equívocos. O processo de compactação consiste no aumento da densidade do solo a partir da

expulsão do ar contido nos seus vazios com a aplicação de uma energia, diferentemente do

processo de adensamento, onde ocorre a expulsão de água dos interstícios do solo (PINTO,

2006). Na compactação do solo o efeito conseguido é imediato, enquanto que o processo de

adensamento é efetuado ao longo do tempo, podendo levar muitos anos para que ocorra por

completo (KOHLER, 2009).

É praticamente impossível se falar em construção civil e não falar em compactação,

pois se trata de uma operação simples e de grande importância pelos seus consideráveis

efeitos sobre a estabilização de maciços terrosos, pavimentação e barragens de terra. Como já

mencionado, a compactação de um solo visa melhorar suas características, e essa melhoria

depende do aumento de seu peso específico, e, fundamentalmente, da energia despendida e do

teor de umidade deste (CAPUTO, 2010). Os tipos de obras e de solos disponíveis, vão ditar o

processo de compactação a ser empregado, a umidade em que o solo deve se encontrar e a

densidade a ser atingida.

15

Um solo, quando transportado para a construção, fica num estado relativamente fofo e

heterogêneo, pois aumenta consideravelmente seu volume de vazios quando é despejado,

fenômeno conhecido por empolamento do solo (PINTO, 2006), e, portanto, além de pouco

resistente e muito deformável, apresenta comportamento diferente de local para local.

2.2. CONSEQUÊNCIAS DE UMA COMPACTAÇÃO MAL EXECULTADA

O principal efeito provocado por uma má compactação do solo é o recalque da obra

sobre ele apoiada. Ocorre um rebaixamento das camadas do solo quando é aplicado na

superfície um carregamento em excesso ou pelo próprio peso das camadas superiores, que é

maior quanto mais profundo, esta tensão geostática pode provocar recalque. Essa divergência

acarreta em situações perigosas, pois, pode ocorrer o colapso da estrutura, e,

consequentemente, desabamentos ou patologias como rachaduras e fissuras (FIGURA 1).

Figura 1: Fissuras devido ao recalque da fundação.

Fonte: ABMS - Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica – Julho de 2009

Outra causa também frequente provocada pela má execução de uma compactação é o

adensamento. A água não sendo expulsa, com o passar do tempo, penetra nos sucos ou filetes,

espaços vazios deixados pela compactação mal executada e provoca a elevação do nível da

água presente no solo através das forças de coesão, entre partículas de água, e das forças de

adesão, entre partículas de água e partículas de solo. Essa elevação da água, contrária a ação

da gravidade, ao chegar às fundações, causa a corrosão dos ferros, em fundações tipo estaca,

por exemplo, e afeta a resistência, estabilidade e durabilidade da estrutura, entrando em

colapso ou surgindo novas patologias (DE JONG, 2010).

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2.3. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

Segundo Caputo (2010), o início da técnica de compactação é dedicada ao engenheiro

Ralph Proctor, que, em 1933, publicou suas observações sobre a compactação de aterros,

mostrando ser função de quatro variáveis: peso específico seco, umidade, energia de

compactação e tipo de solo. A compactação dos solos tem uma grande importância para as

obras geotécnicas, já que através desse processo se consegue promover no solo um aumento

de sua resistência e uma diminuição de sua compressibilidade e permeabilidade.

Proctor observou, em seus experimentos, que quando se aplicava certo número de

golpes em um solo contido em um cilindro, ou um determinado número de passadas de um

compactador em campo, à medida que a umidade do solo aumentava o peso específico seco

do mesmo também aumentava, porém, a partir de uma determinada umidade, este incremento

de umidade não mais provocava ganhos de peso específico seco, e sim decréscimo deste.

Desta forma, Proctor observou que para cada tipo de solo, e de acordo com a energia de

compactação utilizada, existia uma umidade a qual promovia um peso específico seco

máximo, esta umidade é chamada de umidade ótima (SILVA JÚNIOR, 2012).

O ensaio de compactação pode ser feito sendo aplicada uma determinada energia de

compactação (um número de passadas do equipamento no campo ou alguns golpes de um

soquete sobre o solo contido num molde). O peso específico resultante é função da umidade

em que é empregada durante o ensaio, porém, quando se compacta com umidade baixa, o

atrito das partículas é muito alto e não se consegue uma significativa redução de vazios. Já

para umidades mais elevadas, as partículas deslizam entre si com mais facilidade resultando

em uma redução de vazios mais eficientes, logo, melhor compactadas (KOHLER, 2009).

É cabível nessa seção explicar a diferença entre o peso específico seco e o peso

específico natural. Este último aumenta quanto maior for o teor de umidade, uma vez que o ar

está sendo substituído por água que, para um mesmo volume de solo, fará com que aquela

amostra se torne mais homogenia e menos porosa, ou seja, seu peso natural irá apenas

aumentar e nunca diminuir. O mesmo não acontece com o peso específico aparente seco, este,

pode ser definido como o peso específico do solo ao secar sem variação de volume

(BASTOS, 2010), ou seja, para maiores teores de umidade, haverá mais água e menos ar,

quando este solo estiver seco, toda a água dá lugar novamente ao ar, fazendo com que o solo

fique bastante poroso, e, consequentemente, pouco resistente.

17

2.3.1. Ensaio Normal de Compactação

O ensaio de compactação ou de Proctor foi padronizado no Brasil pela ABNT (NBR

7.182/86). Este ensaio, hoje em dia conhecido como ensaio normal de Proctor (ou AASHO

Standard), consiste em compactar uma amostra dentro de um recipiente cilíndrico, com

aproximadamente 1000 cm³, em três camadas sucessivas, sob a ação de 25 golpes de um

soquete, pesando 2,5kg, caindo de 30 cm de altura conforme figura 2 abaixo.

Figura 2: Ensaio Normal de Proctor.

Fonte: Mecânica dos Solos e suas aplicações - Homero Pinto Caputo - 3ª Edição - Volume 1 - RJ – GB/2010.

O ensaio trata de utilizar a energia normal. Para a mesma energia de compactação

também se utiliza o cilindro grande, com aproximadamente 2300 cm³, soquete grande, 4,54kg

e aplicados doze golpes em cinco camadas distribuídas uniformemente dentro do molde. Este

ensaio é repetido para diferentes teores de umidade, sendo determinado para cada um deles, o

peso específico natural e seco. Com os valores obtidos é traçada a curva de compactação

(FIGURA 3)onde é conveniente à determinação de no mínimo cinco pontos, de tal forma que

dois deles se encontrem no ramo seco, um próximo à umidade ótima e os outros dois no ramo

úmido (CAPUTO, 2010).

Tais dados referidos anteriormente, umidade ótima e densidade seca máxima, são

imprescindíveis para a técnica da compactação, só devendo ser executada após sua

determinação. São obtidos pelo ponto máximo da curva de compactação, que consiste em uma

curva parabólica que representa a densidade seca em função da umidade, onde é associada

uma reta aos pontos ascendentes, que será o ramo seco, ou seja, o ramo da curva de

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compactação anterior ao valor de umidade ótima, e outra aos pontos descendentes, que será o

ramo úmido, ou seja, o trecho posterior ao valor da umidade ótima.

Figura 3: Curva de compactação, zona seca e zona úmida.

Fonte: Mecânica dos Solos. Curso de Engenharia Ambiental da UFG 2009.

No ramo seco, a umidade é baixa, a água contida nos vazios do solo está sob o efeito

capilar e exerce uma função aglutinadora entre as partículas. Na medida em que é adicionada

água ao solo ocorre à destruição dos benefícios da capilaridade, tornando-se mais fácil o

rearranjo estrutural das partículas. No ramo úmido, a umidade é elevada e a água é encontrada

livre na estrutura do solo, absorvendo grande parte da energia de compactação, assim como,

deixando oclusas partículas de ar no interior do maciço, (KOHLER, 2009). Partindo dessa

análise, cabe salientar que, no ramo seco, a elevação da umidade só é benéfica até o ponto

máximo, quando atinge a umidade ótima, a partir disso, já no ramo úmido, o solo começará a

ficar encharcado e perderá em resistência.

2.4. ENERGIA DE COMPACTAÇÃO

A energia de compactação é a energia empregada na aproximação dos grãos e depende

de vários fatores, como mostra a fórmula (1) para tornar essa aproximação eficiente a ponto

de obter o teor de umidade ótimo e o peso específico seco máximo (APARECIDA, 2010).

19

Onde: E = energia de compactação – Kg/cm²;

M = massa do soquete - Kg;

H = altura de queda do soquete - cm;

Ng = número de golpes por camadas;

Nc = número de camadas;

V = volume de solo compactado – cm³.

Se o solo estiver com umidade inferior à ótima, à medida que se aumenta a energia de

compactação, há uma redução do teor de umidade ótima e uma elevação do valor do peso

específico seco máximo. Caso esta tenha sido ultrapassada, o aumento de energia pouco

influencia nos resultados (PINTO 2006). O gráfico da figura 4 mostra a influência da energia

de compactação no teor de umidade ótimo e no peso específico seco máximo dmáx.

Figura 4: Influência da energia de compactação na umidade ótima e densidade seca máxima.

Fonte: UFES - Curso de Engenharia Civil - Março de 2005.

2.4.1. Tipos de Energia de Compactação

Com o surgimento de novos equipamentos de campo, de grande porte, com

possibilidade de elevar a energia de compactação e capazes de proporcionar uma maior

velocidade na construção de aterros em geral, houve a necessidade de se criar em laboratório,

20

ensaios com maiores energias que a de Proctor Normal. Os tipos de energia de compactação

são simplificados no quadro1 abaixo:

Quadro 1- Tipos de energia de compactação.

Fonte: NBR 7182/86.

2.5. COMPACTAÇÃO NO CAMPO

Dyminsk (2009), afirma que a compactação em campo segue as seguintes etapas,

principalmente: escolha da área de empréstimo, escavação, transporte e espalhamento do

material, acerto da umidade e homogeneização, e a compactação propriamente dita, ou seja, a

passagem do equipamento compactador.

1° - Escolha da área de empréstimo

A escolha da área de empréstimo deve levar em consideração a distância de transporte

até a obra, tendo em vista o preço do aluguel de caminhões, o tempo que será acrescentado

para o prazo final da obra e possíveis perdas de solo ao longo do percurso, se o caminhão não

apresentar uma vedação eficiente. Considerar também, o volume de material disponível para

evitar a troca do fornecedor e consequentes distúrbios durante a obra, como a paralisação

desta por falta de material ou um aumento considerável do orçamento da obra em função da

compra de aterro em varejo de outro fornecedor. Já em relação ao tipo de solo e seus teores de

umidade devem ser considerados com bastante cuidado, uma vez que a escolha do tipo de

solo pode significar uma compactação confiável, segura e eficiente durante muitos anos ou a

causa de um prejuízo fatal e financeiro. Para isso, é preciso atentar para a não escolha de solos

21

orgânicos e turfosos, pois apresentam um grande volume de vazios, deixados pela matéria

orgânica que se decompõe, logo terá baixa resistência, prejudicando a compactação, e solos

saibrosos, pois apresentam grande capacidade de retenção de água, encarecendo a obra por

exigir maior volume de água, porém, ao fazer isso, sua resistência é prejudicada

consideravelmente (FIGURA 5).

Figura 5: Jazida de solo para compactação.

Fonte: CIDRÃO - Aterro e Corte - Junho de 2007.

2° - Escavação

O processo de escavação é feito inicialmente removendo a camada superficial local

onde se encontra a vegetação. Nessa etapa ocorre o destocamento. A vegetação presente é

retirada com o auxílio de tratores, com picaretas e enxadas, podendo até ser aproveitada em

um reflorestamento, ou, muitas vezes, de forma errônea, são feitas queimadas destruindo toda

a camada verde do local. Deve ainda verificar a existência de minas d’água, caso haja, uma

drenagem é necessária para não interferir na umidade previamente determinada para aquele

solo, a umidade ótima (DYMINSK, 2009).

3° - Transporte e espalhamento do material

Ainda na jazida, os caminhões são carregados e transportam o material até o local da

obra. Ao chegar ao local, os caminhões despejam o aterro que passa a ser espalhado por

máquinas pesadas, conforme mostrado na figura 6. O espalhamento do material deve ser feito

de forma mais regular possível, com a espessura das camadas do solo na ordem de 15 a 30

cm, e o número de passadas do equipamento de compactação, podem ser determinados

controlando-se os resultados obtidos em um trecho experimental previamente escolhido

(CAPUTO, 2010).

22

Figura 6: Espalhamento do material in loco.

Fonte: MULTEFFECT - Empresa de Engenharia Civil e Arquitetura de obras de Construção e Reformas em

Geral – Fevereiro de 2009.

4° - Acerto da umidade e homogeneização

Essa etapa da compactação é feita em um chamado trecho experimental. O solo ao vir

para a obra deve ser submetido a ensaios para determinação da umidade que se encontra e de

seu peso específico aparente, determinados em campo com o Speedy Test e pelo método do

frasco de areia respectivamente. Com esses dados calculados, determinam-se em seguida os

índices cruciais para a compactação mais eficiente, a umidade ótima e o peso específico

aparente seco máximo. Comparando os resultados, é verificado se o solo precisa ser irrigado

ou aerado. A irrigação é a técnica que tem por objetivo o fornecimento de água controlada

para se atingir a umidade ótima daquele solo. A quantidade de água a ser adicionada ao solo é

calculada em função da descarga da barra de distribuição e da velocidade do carro-pipa

(CAPUTO, 2010). Já a aeração é o oposto da irrigação e consiste em abrir pequenos buracos

no solo para aumentar a circulação de ar e secar os solos persistentes úmidos.

Independentemente da técnica utilizada, irrigação ou aeração, o solo deve ser

homogeneizado para que não haja torrões e prejudique o processo vigente.

5° - Compactação propriamente dita

A compactação propriamente dita envolve basicamente a passagem do equipamento de

compactação sobre as camadas pré-determinadas. Para pequenas áreas é usado equipamento

manual como soquete mecânico mostrado na figura 7, e para grandes áreas são usados

23

equipamentos pesados como rolos pé de carneiro que possuem maior poder de compactação,

economizando tempo e custos (FIGURA 8).

Figura 7: Compactação de pequenas áreas.

Fonte: Parque Estadual do Morro do Diabo - Setembro de 2011.

Figura 8: Compactação de grandes áreas.

Fonte: Construtora SEAROM Ltda. - Construção e Engenharia - 2009.

Os pilões manuais são empregados apenas em trabalhos secundários, como reaterro de

valas, assim como os pilões à explosão, que são conhecidos como “sapões”. Já os pilões a ar

comprimido, tem grande aplicação, sobretudo pela sua adaptabilidade a quase todos os tipos

de terreno (CAPUTO, 2010).

24

2.5.1. Controle da Compactação

O controle da compactação é um método utilizado para verificar se a compactação está

sendo feita de modo a proporcionar a melhor resistência para o solo que está recebendo

determinada energia de compactação. Essa verificação é feita em campo após a determinação

em laboratório da curva de compactação para o solo que será utilizado, ou seja, extrair da

curva a umidade ótima e o peso específico seco máximo. Ao final da compactação de cada

camada lançada, são feitos dois ensaios para retirar a umidade e o peso específico aparente,

através do Speedy Test e frasco de areia respectivamente. Esses resultados são comparados

àqueles encontrados em laboratório para permitir o controle, onde a umidade de campo deve

obedecer ao intervalo, h(campo) – 2% < hótima < h(campo) + 2%, (KOHLER, 2009) e o grau

de compactação deve variar de 95 a 105%, (CAPUTO, 2010) segundo a fórmula (2):

Onde: Gc = grau de compactação;

d = peso específico aparente obtido em campo – KN/m³;

dmáx = peso específico máximo obtido em laboratório – KN/m³;

Os métodos utilizados no controle da compactação citados anteriormente podem ser

definidos como se segue:

O método do Speedy Test, padronizado pela DNER-ME 52/94, é definido como um

método rápido e fácil para determinação da umidade em campo e consiste em se colocar uma

amostra de solo úmido em um reservatório fechado, juntamente com uma ampola de

carbureto de cálcio e duas esferas metálicas. Essas esferas, quando o reservatório é agitado,

quebram a ampola que entra em reação com a umidade do solo produzindo o gás acetileno,

que ao se expandir, gera uma pressão proporcional a quantidade de água existente na amostra.

Há um manômetro acoplado que permite a leitura e avaliação dessa pressão que, em seguida,

terá um resultado quando a reação abaixo estabilizar (VARGAS, 2010).

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2

(Carbureto de Cálcio + Água → Acetileno + Hidróxido de Cálcio)

25

Já o método do frasco de areia, padronizado pela ABNT NBR 7185, consiste em um

ensaio para se determinar o peso específico aparente natural realizado in loco onde é cavado

um pequeno buraco de 6”(15cm) por 6”(15cm) de profundidade no material compactado a ser

testado. O material é removido e pesado. O volume específico do buraco é determinado pelo

seu enchimento com areia padrão seca proveniente de um dispositivo de frasco e cone. O peso

da areia removida é dividido pelo volume de areia necessária para encher o buraco,

fornecendo assim, a densidade natural do solo compactado. Esse valor calculado é divido pela

soma da unidade com a umidade determinada também in loco pelo equipamento Speedy, logo,

será obtida a densidade seca do solo. (MULTIQUIP, 2004).

2.5.2. Equipamentos de Compactação

A energia de compactação no campo pode ser aplicada, como em laboratório, de

quatro maneiras diferentes: por meio de esforços de pressão, impacto, vibração ou

amassamento. Os equipamentos a vibração são utilizados para compactar as camadas mais

profundas e a superfície é regularizada e compactada com um equipamento a pressão, como o

rolo liso (sem vibração). Os equipamentos de compactação são divididos em quatro

categorias: soquetes mecânicos, placas vibratórias, rolos estáticos e rolos vibratórios

(KOHLER, 2009).

2.5.2.1. Soquetes Mecânicos

São compactadores de impacto conhecidos como sapos mecânicos ou sapões, como

mostrado na figura 9, utilizados em locais de difícil acesso para os rolos compressores, como

em valas. Esse equipamento opera a uma razão de 700 bmp (batimentos por minuto), quando

essa faixa é ultrapassada, o equipamento é considerado de vibração. Os soquetes são

máquinas com uma base metálica reta controlada por um motor a explosão que faz com que a

placa se eleve e caia em queda livre. É conduzido de forma manual através de um guidão

semelhante ao de uma motocicleta e contém uma alavanca de aceleração e parada do motor

(JAWORSKI, 2011).

26

Figura 9: Compactador de solo mecânico.

Fonte: ASEBESI – Máquinas e Ferramentas LTDA.

2.5.2.2. Placas Vibratórias e Placas Vibratórias Reversíveis

Segundo a Multiquip (2004), equipamentos de placas vibratórias (FIGURA 10 - a) são

de baixa amplitude e alta frequência, desenvolvendo força de compactação a alta velocidade,

projetadas para compactar solos granulares e asfalto. Esse tipo de máquina causa vibrações

que resultam em movimento para frente e, quanto mais pesada for a placa, maior a força de

compactação gerada. A faixa de frequência é usualmente de 2500 a 6000 vpm. Já o

equipamento de placa vibratória reversível, apresentado na figura 10 – b, tem um aumento da

força de compactação por possuir um motor maior podendo ser parado e a máquina manterá a

sua força para compactação imediata. Por causa de seus peso e força, placas reversíveis são

ideais para solos semicoesivos.

Figura 10: Equipamentos de placa vibratória.

(a) (b)

Fonte: ENGEMAC – Máquinas e equipamentos para construção civil.

27

2.5.2.3. Rolo Estático Pé de Carneiro

Os rolos pé de carneiro são constituídos por cilindros metálicos com elevações ou, em

alguns casos, há uma semelhança com patas de carneiro solidarizadas e com altura de

aproximadamente 20 cm. Podem ser auto propulsivos, mostrado na figura 11 - a, ou

arrastados por trator (FIGURA 11 - b). “É indicado na compactação de outros tipos de solo

que não a areia e promove um grande entrosamento entre as camadas compactadas”

(KOHLER, 2009). Ainda segundo este pesquisador, a camada compactada possui geralmente

15 cm, com número de passadas variando entre quatro a seis para solos finos e de seis a oito

para solos grossos.

Este tipo de rolo apresenta grande eficiência e permite um maior entrosamento entre as

camadas, pois estas funcionam como uma espécie de macho/fêmea, ou seja, as cavidades

deixadas pelo pé de carneiro são preenchidas com a camada de solo subsequente permitindo

um arranjamento bem firme entre as partículas e de camada para camada.

Figura 11: Rolo pé de carneiro auto propulsivo (a) e arrastado por trator (b).

(a) (b)

Fonte: CAVALARO – Máquinas e Terraplanagem, Locações e Serviços.

2.5.2.4. Rolo Estático Liso

O rolo estático liso de três rodas visto na figura 12 - a, é um equipamento pesado onde

às duas rodas traseiras funcionam como tração e o rolo dianteiro como direção. É utilizado

basicamente na camada de revestimento ou acabamento de estradas. Seu cilindro é oco

preenchido com material de densidade elevada como água ou areia úmida para permitir maior

28

pressão de contato. Este equipamento pode atingir até 14 toneladas sendo que destas,

9pertencem apenas ao rolo. Há um segundo tipo de rolo liso, que pode ser visto na figura 12 –

b, chamado de rolo liso tandem, ou seja, possui um cilindro seguido do outro. Este

equipamento possui os cilindros de igual largura, porém o cilindro dianteiro costuma ser

maior, pois age como pressão e o traseiro como direção. Esses rolos possuem um sistema de

aspersão de água para evitar que agregados grudem na camada superficial do rolo. A

diferença entre esses rolos é dada em função da produtividade, uma vez que o rolo de três

rodas tem maior porte, logo maior produção (JAWORSKI, 2011).

Figura 12: Rolo compactador liso (a) e rolo liso tipo tandem (b).

(a) (b)

Fonte: CONSTRUMÁQUINAS – Terraplenagem e Locações de Máquinas Pesadas Ltda.

2.5.2.5. Rolo Estático Pneumático

Os rolos pneumáticos (FIGURA 13) são equipamentos pesados que possuem uma

fileira dianteira e uma traseira de pneus de borracha intercalados, que proporcionam uma

superposição de camadas compactas. Este equipamento funciona a base do amassamento e

são eficientes na compactação de capas asfálticas, bases e sub-bases de estradas e indicados

para solos de granulação fina e arenosa. Os rolos pneumáticos podem ser utilizados em

camadas de até 40 cm e possui área de contato variável, função da pressão nos pneus, alterada

pela adição ou remoção de peso no lastro, e do peso do equipamento, que variam de 10 a 35

toneladas (KOHLER, 2009).

29

Figura 13: Rolo compactador pneumático.

Fonte: LIUGONG - Rio de Janeiro, RJ.

2.5.2.6. Rolos Vibratórios

Os rolos vibratórios podem ser lisos ou tipo pé-de-carneiro. Os equipamentos

vibratórios agem a elevadas rotações por minuto e demonstram maior eficiência quando

compacta material granular. Este tipo de rolo possui uma zona de influência maior que os

demais equipamentos, uma vez que as vibrações são propagadas a maiores distâncias

permitindo compactar camadas mais profundas (JAWORSKI, 2011).

2.6. TIPO DE SOLO X EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO

Para o pesquisador Kohler (2009),em solos coesivos, onde há uma parcela

predominante de partículas finas e muito finas, silte e argila, respectivamente, nas quais as

forças de coesão desempenham papel muito importante, ou seja, se aderem umas às outras, é

indicado à utilização de rolo pé de carneiro ou equipamentos à base de alto impacto, como

equipamentos de percussão. Já em solos misturados, ou seja, material coesivo e granular em

proporções variadas é indicada a utilização de pé de carneiro vibratório. Em solos com

mistura de argila, silte e areia, rolo pneumático com rodas oscilantes e, para qualquer tipo de

solo, rolo pneumático pesado, com pneus de grande diâmetro e largura.

Em solos granulares, onde há pouca ou nenhuma coesão entre os grãos, existindo,

apenas, atrito interno entre eles, é indicado à utilização de rolo liso vibratório ou

equipamentos de placas vibratórias unidirecionais. O asfalto é considerado granular com base

na diversidade de tamanhos do seu agregado (pó de pedra, cascalho, areia e finos) misturado

com betume aglutinante (cimento asfáltico). Consequentemente, o asfalto deve ser

30

compactado com pressão (estático) ou vibração (MULTIQUIP, 2004). O quadro 2 abaixo

resume bem essa relação:

Quadro 2- Equipamento de compactação x tipo de solo

Equipamento de compactação Tipo de solo

Soquete mecânico, rolo pé-de-

carneiro

Solo coesivo: argila, silte

Rolo liso vibratório e placas

vibratórias

Solos granulares

Rolo pé-de-carneiro vibratório Solos de mistura entre coesivo e granular

Rolo pneumático Qualquer tipo de solo

Rolo liso Acabamento superficial de bases de estradas e

asfaltos

Em suma, três fatores são importantes na determinação do tipo de força que uma

máquina de compactação produz: frequência, amplitude e a altura da camada de compactação.

Este último, espessura da camada do solo, é um fator importante que está diretamente

relacionado ao desempenho da máquina e ao custo da compactação.

Equipamentos de compactação a base de percussão e vibração, compactam o solo em

uma mesma direção, vertical de cima para baixo com reação de baixo para cima. Esse

movimento de aplicação e retorno da força de compactação pelo equipamento utilizado é que

faz as partículas se rearranjarem e tornarem o solo mais compactado. Porém, como o solo se

torna resistente, o impacto passa a ter uma menor distância para atravessar. “Se a camada a

ser compactada é muito profunda, a máquina vai levar mais tempo para compactar o solo e

uma camada intermediária ficará sem ser compactada” (MULTIQUIP, 2004).

31

3. MATERIAIS E MÉTODOS

O tema escolhido foi pensado de tal forma que pudesse proporcionar um estudo

detalhado envolvendo prática e teoria através de ensaios em laboratório e em campo em

algumas obras na cidade de Mossoró. Essas obras, especificamente chamadas de obra 01 e

obra 02, tratam-se de um condomínio residencial de casas, assentado sobre solo compactado

com compactador tipo rolo pé-de-carneiro (obra 01) e, um edifício residencial de 20

pavimentos, assentado sobre solo compactado com compactador tipo placa vibratória,

“sapinho” (obra 02).

Essas obras foram visitadas para a realização dos ensaios do Frasco de areia e Speedy

Test, a fim de determinar seus graus de compactação em campo, por meio do peso específico

natural e umidade natural do solo “in situ”; e coleta de amostras de solo para realização do

ensaio de compactação em laboratório.

3.1. ENSAIO NORMAL DE PROCTOR

O ensaio de Proctor com energia normal segue recomendações padronizadas no Brasil

pela ABNT (NBR 7.182/86).

EQUIPAMENTOS

Segue abaixo a relação de materiais utilizados para o ensaio Proctor Normal realizado

no laboratório de Mecânica dos Solos da UFERSA – Campus Mossoró. Trata-se de um

soquete de 4,54kg (FIGURA 14 - a), cilindro com 2300 cm³, visto na figura 15 - a, base de

cilindro (FIGURA 15 - b), disco espaçador (FIGURA 16 - a), anel prolongador, mostrado na

figura 16 – b, régua bizotada de 30,0 cm, extrator, visto na figura 14 – b, espátula, filtro,

balanças de precisão de pequena e grande carga, becker graduado e recipientes diversos para

homogeneização da amostra.

32

Figura 14: Soquete (a) e extrator (b).

(a) (b)

Figura 15: Cilindro padrão (a) e base de cilindro (b).

(a) (b)

Figura 16: Disco espaçador (a) e anel prolongador (b).

(a) (b)

33

MÉTODO EXPERIMENTAL

O ensaio de Proctor é realizado em laboratório golpeando uma amostra de solo dentro

de um cilindro padrão para obter a curva de compactação, e dela extraírem a umidade ótima e

o peso especifico seco máximo do solo que será utilizado. Para determinar essa curva, vale

seguir os passos detalhados abaixo:

(1°) A amostra de solo coletada deve ser destorroada com uma mão de grau até que não se

tenha grãos maiores que 4,8mm.

Obs.: O material foi destorroado parcialmente, uma vez que a amostra recolhida apresentava

sobras para a utilização em laboratório, não sendo necessário destorroar todo o material.

(2°) São retiradas duas amostras para determinar a umidade higroscópica.

(3°) Pesar o material a ser utilizado, retirando uma amostra de 6,0kg.

(4°) Homogeneizar o material com cerca de 5% de água abaixo da umidade ótima. No ensaio

da obra 01 foi utilizada a quantia de 200 ml por camada, pois este se apresentava muito seco,

já no ensaio da obra 02 foi utilizada a quantia de 150 ml por camada.

(5°) Colocar distribuídas o mais uniformemente possível cinco camadas de solo dentro do

cilindro, representado nafigura17-a, até uma altura um pouco superior a do cilindro,

possibilitado pelo anel prolongador, e aplicar 12 golpes em cada uma (FIGURA 17-b), uma

vez que a energia utilizada foi a normal, utilizando o soquete grande e o cilindro grande.

Figura 17: Colocação do solo em cinco camadas uniformes (a) e aplicação dos golpes (b).

(a) (b)

34

(6°) Retirar o anel prolongador (FIGURA 18-a) e regularizar a superfície com a régua

bizotada de 30,0 cm, ilustrado na figura 18-b.

Figura 18: Retirada do anel prolongador (a) e regularização da superfície (b).

(a) (b)

(7°) Pesar o conjunto cilindro + solo compactado.

(8°) Com o auxilio do extrator, retirar o solo compactado do cilindro.

(9°) Partir o molde de solo extraído ao meio (FIGURA 19-a) e retirar duas amostras úmidas

para determinar a umidade daquele ponto fazendo a média de suas umidades. É possível

observar na figura 19 – b que a retirada dessas amostras deve ser feita na parte central do

molde, pois é a região que se apresenta mais úmida, uma vez que nas regiões laterais pode

haver alguma troca de calor com as paredes do cilindro.

Figura 19: Molde extraído partido ao meio (a) e retirada das amostras (b).

(a) (b)

35

(10°) Destorroar o material até que não possa passar na peneira 4,8mm novamente e adicionar

mais 150 ml (ou 200) de água para o segundo ponto. Repetir os passos anteriores cinco ou

seis vezes, de modo a obter pelo menos um ponto no ramo seco e no ramo úmido.

(11°) Após recolher todas as amostras, é preciso pesa-las e coloca-las na estufa para secagem

durante 24 horas a 105°C, efetuar as pesagens posteriores e calcular a umidade conforme

fórmula abaixo:

Onde: h = umidade em porcentagem;

Ms = massa de solo após secagem em estufa - g;

Mu = massa de solo úmido – g.

Obs.: É preciso retirar as taras dos recipientes.

(12°) Após o cálculo da umidade, calcula-se o peso específico seco máximo partindo das

fórmulas a seguir:

Onde: n = peso específico aparente natural do solo – KN/m³;

Pt = peso total do solo natural – KN;

Vt = volume total do solo natural – m³.

Obs.: O cálculo de Pt é feito ao subtrair a massa do conjunto cilindro + solo compactado –

massa do cilindro, obtendo assim a massa de solo compactado. Como o volume do cilindro é

conhecido, a massa específica natural do solo pode ser calculada com a fórmula (4). Ao

multiplicar pela aceleração da gravidade, obtêm o peso específico natural da amostra, e, com a

fórmula (5) que segue, é calculado o peso específico seco desta, onde h é a umidade fornecida

em laboratório pelo método da estufa.

36

Onde: d = peso específico aparente do solo seco – KN/m³;

n = peso específico aparente natural do solo – KN/m³;

h = umidade.

(13°) Determinados todos os pontos com sua umidade e pesos específicos secos respectivos, é

traçada a curva de compactação e através de seu ponto máximo é extraída a umidade ótima e

o peso específico seco máximo do solo trabalhado.

3.2. MÉTODO DO FRASCO DE AREIA

O método de ensaio do frasco de areia é padronizado pela ABNT segundo a NBR

7185/86 e consiste na determinação da massa específica aparente natural "in situ".

EQUIPAMENTOS

Os equipamentos apresentados nessa relação são usados tanto em laboratório para

determinar o peso específico da areia padrão, quanto em campo para determinação do peso

específico aparente natural.

▪ Bandeja metálica quadrada com furo de 15,0 cm (6’’) de diâmetro no centro;

▪ Frascos de areia contendo areia grossa seca em estufa;

▪ Funil com válvula reguladora de vazão;

▪ Cilindro de volume conhecido;

▪ Balança de precisão de pequena e grande carga.


A primeira etapa do método do frasco de areia é feita em laboratório para

determinação do peso específico da areia padrão. Esta etapa é feita antes de ir pra campo, pois

para determinação do volume do furo que será escavado na obra e, consequentemente do peso

37

específico aparente natural, depende exclusivamente deste dado. A seguir é detalhado como

esse cálculo é feito:

(1°) O ensaio inicia com a determinação do peso da areia padrão no funil:

- Pesa inicialmente o frasco com areia = P1. (FIGURA 20);

Figura 20: Pesagem do frasco de areia.

- Inverte o frasco em uma superfície plana e abre a válvula reguladora de vazão para a

areia escoar e preencher o funil, como pode ser visto na figura 21;

Figura 21: Preenchimento do funil com areia.

38

- Pesa novamente o frasco com areia = P2, para saber quanto de areia escoou para

dentro do funil aplicando a relação abaixo;

- O peso da areia no funil = P3, será (6):

(2°) O segundo passo do ensaio é a determinação do peso específico aparente da areia padrão:

- Pesa-se inicialmente o frasco com areia = P4;

- Preenche-se um cilindro de volume conhecido, Vcilindro, e funil com areia invertendo-

se o frasco sobre o cilindro com uma bandeja de furo equivalente a abertura (FIGURA 22);

Figura 22: Preenchimento do cilindro de volume conhecido.

- Pesa-se novamente o frasco com areia = P5, para saber quanto de areia escoou para

preencher o cilindro;

- O peso específico aparente da areia corresponde à relação entre o peso contido no

cilindro e o volume conhecido do cilindro, fórmula (7):

39

(3°) O terceiro passo do ensaio segue com a determinação do peso específico aparente do solo

seco in loco:

- Perfura-se o solo abrindo uma cavidade, como a da figura 23 – a, de 15,0cm (6’’) de

profundidade (FIGURA 23-b);

Figura 23: Escavação de furo correspondente à abertura da bandeja (a) com profundidade de

aproximadamente 15,0cm (b).

(a) (b)

Obs.: A areia que está presente na bandeja nas fotos acima foi retirada e pesada, uma vez que

esta faz parte do solo retirado do buraco = Pt.

- Pesa o solo retirado do buraco = Pt. (FIGURA 24);

Figura 24: Retirada de material do furo para pesagem (Pt).

- Após a abertura do furo e a pesagem do material retirado, é possível calcular o

volume do furo (Vfuro), como segue:

40

- Pesa-se inicialmente o frasco com areia = P6. (FIGURA 25);

Figura 25: Pesagem do frasco de areia.

- Preenche-se o furo com areia do frasco, invertendo o frasco sobre uma

bandeja que deve ser colocada sobre o furo no solo, ilustrado nas figuras 26 (a) e (b);

Figura 26: Preenchimento do furo com areia padrão (a) e (b).

(a) (b)

- Pesa-se novamente o frasco com areia (P7) e aplica as relações:

41

3.3. MÉTODO SPEEDY TESTE

O método do Speedy test foi padronizado pela DNER-ME 52/94. Solos -

Determinação da umidade com emprego do Speedy test. Rio de Janeiro, 1994 e consiste na

determinação da umidade in loco.

EQUIPAMENTOS

O equipamento Speedy test utilizado neste trabalho apresenta um manômetro acoplado

que permite a leitura direta da umidade, não sendo necessária nenhuma relação extra. Segue

lista de materiais:

▪ Recipiente confinado acoplado a um manômetro (aparelho Speedy), como visto na

figura 27 em método experimental desta seção.

▪ Duas esferas de aço;

▪ Ampola de carbureto de cálcio;

▪ Balança de precisão de pequena carga.


O ensaio do Speedy test é feito in loco após a realização do ensaio do frasco de areia,

pois a umidade colhida será utilizada para o cálculo do peso específico seco, fórmula (5).

1° - Pesar a amostra e colocar na câmara do aparelho.

2° - Introduzir na câmara duas esferas de aço, seguidas da ampola de carbureto de

cálcio, deixando-a deslizar com cuidado pelas paredes da câmara para não quebrar.

42

3° - Fechar o aparelho e agitar repetidas vezes para quebrar a ampola, o que se verifica

pelo surgimento da pressão assinalada no manômetro, observe na figura 27 abaixo que o

ponteiro não se encontra mais no zero.

Figura 27: Agitação do aparelho para começar a reação.

4° - Ler a pressão manométrica após esta se apresentar constante, o que indica que a

reação se completou, atentando que o aparelho só fornece leituras confiáveis no intervalo de

0,2 a 1,5 kg/cm³, diferente disso, refazer o ensaio.

Apresentada toda a metodologia empregada, o capítulo seguinte tratará da aplicação

desta para obtenção dos resultados e verificar a procedência dos objetivos.

43

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Nessa etapa do trabalho serão apresentados todos os cálculos e seus respectivos

resultados. O desenvolvimento da pesquisa segue com visitas a duas obras na cidade de

Mossoró, onde foram feitos os devidos ensaios do procedimento de compactação, Frasco de

areia e Speedy Test, para, com isso, poder analisar a eficiência das compactações comparando

com os resultados obtidos em laboratório. Segue abaixo toda a sequência dos cálculos

realizados:

4.1. DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO DA AREIA PADRÃO

1° - Determinar o peso de areia que ficará contida no funil

- Peso inicial do frasco com areia, P1 = 4,35 kg.

- Após o preenchimento do funil com areia, pesamos novamente o frasco, P2 = 3,80 kg.

- O peso da areia no funil (P3) será:

2° - Calcula o volume do cilindro tomado como padrão:

- Volume do cilindro utilizado 12,6 cm de diâmetro e 12,6 cm de altura:

(

)

(

)

44

3° - O peso específico aparente da areia padrão pode ser calculado de seguinte forma:


- Após o preenchimento do cilindro de volume conhecido (Vcilindro) e do funil com areia,

pesamos novamente o frasco, P5 = 1,05 kg.

Conhecido o peso específico da areia padrão, a seção que segue mostra todos os dados

e cálculos de cada obra:

OBRA 01

Esta obra trata-se de uma terraplanagem onde será construído um condomínio com

vários blocos de apartamentos. O aterro foi executado em camadas de 20,0 cm e utilização de

compactador tipo rolo pé de carneiro. Foram feitos os devidos ensaios em laboratório e em

campo para analisar se as compactações foram executadas da melhor forma, iniciando pelo

ensaio de Proctor, frasco de areia e em seguida Speedy test.

1° - Ensaio Normal de Proctor.

Primeiramente é necessário calcular o volume de cilindro de Proctor utilizado, ao qual

apresenta 15,2 cm de diâmetro e 12,8 cm de altura:

45

(

)

(

)

Calculado o volume do cilindro, o ensaio segue com a determinação das umidades

para o solo trabalhado. Para isso, o solo foi homogeneizado com 200 ml de água para cada

ponto, de onde foram retiradas duas amostras e postas para secagem na estufa, o quadro 03

abaixo resume bem os cálculos realizados:

46

Quadro 3- Cálculos das umidades – Obra 01

ENSAIO NORMAL DE PROCTOR - OBRA 01

TIPO CÁPSULA P1(g) P2(g) Tara (g) P2-tara

(g) h' = [(P1-P2)/P2 -

tara] (%) h = (A + B)/2 (%)

Umidade higroscópica

X13 146,10 145,7 108,3 37,4 1,07 1,12

X14 148,40 147,9 105,2 42,7 1,17

1° Ponto X15 152,00 150,3 108,3 42 4,05

4,08 X16 164,60 162,3 106,4 55,9 4,11

2° Ponto X17 162,70 159,2 108,5 50,7 6,90

6,84 X18 158,80 155,4 105,2 50,2 6,77

3° Ponto X19 151,80 147,8 106 41,8 9,57

9,69 X20 152,00 147,9 106,1 41,8 9,81

4° Ponto X21 170,20 163,3 105,9 57,4 12,02

12,16 X22 163,10 157,1 108,3 48,8 12,30

5° Ponto X23 170,00 160,8 105 55,8 16,49

16,02 X24 157,40 150,4 105,4 45 15,56

Legenda:

- P1: Massa da amostra úmida (g).

- P2: Massa da amostra após secagem em estufa (g).

- h’: Umidades parciais (%).

- h: Umidade final – média aritmética das umidades parciais (%).

Em paralelo ao cálculo das umidades, é feito também o cálculo do peso específico

aparente natural, onde é pesado o conjunto cilindro + solo compactado (t) e cilindro (c),

subtraindo ambos, resulta na massa de solo compactado (u) que, ao dividir pelo volume do

cilindro (Vc), é obtido o peso específico natural como mostra oquadro 04:

47

Quadro 4- Cálculos dos pesos específicos aparentes naturais - Obra 01


TIPO μt (g) μc (g) μu = μt -μc

(g) Vc (cm³)

ρn = μu/Vc (g/cm³)

n = ρn * 9,81 m/s² (KN/m³)

1° Ponto 8500,00 4900,00 3600,00 2322,66 1,5499 15,20

2° Ponto 9000,00 4900,00 4100,00 2322,66 1,7652 17,32

3° Ponto 9500,00 4900,00 4600,00 2322,66 1,9805 19,43

4° Ponto 10050,00 4900,00 5150,00 2322,66 2,2173 21,75

5° Ponto 9850,00 4900,00 4950,00 2322,66 2,1312 20,91

Legenda:

- t: Massa total do cilindro + solo compactado (g).

- c: Massa do cilindro (g).

- u: Massa de solo compactado (g).

- Vc: Volume do cilindro (cm³).

- ρn: Massa específica natural (g/cm³).

- n: Peso específico natural (KN/m³).

Após ter sido determinados a umidade e o peso específico natural, utilizando a fórmula

(5) é possivel calcular o peso específico aparente seco, conforme quadro 05:

48

Quadro 5- Cálculos dos pesos específicos aparentes secos – Obra 01


TIPO n = ρn * 9,81 m/s² (KN/m³)

d = n / 1 + h (KN/m³)

1° Ponto 15,20 14,61

2° Ponto 17,32 16,21

3° Ponto 19,43 17,71

4° Ponto 21,75 19,39

5° Ponto 20,91 18,02

Legenda:


- d: Peso específico seco (KN/m³).

Obs.: Durante a execução deste ensaio, o soquete tocou o aro do cilindro uma vez no

quinto ponto na camada quatro.

Após a realização dos cálculos, verifica-se a curva de compactação abaixo onde é

possível extrair os dados da compactação ideal para este solo, umidade ótima de 12,16% e

peso específico seco de 19,39 KN/m³.

49

Gráfico 1-Curva de compactação da obra 01.

2° - Método do Frasco de areia.

O ensaio do frasco de areia foi realizado no trecho da obra onde teria sedo recém-

compactado. Primeiramente seria cavada uma cavidade de 15,0 cm (6’’) de profundidade e de

mesmo diâmetro do furo da bandeja metálica. O material retirado é pesado e dividido pelo

volume do furo para determinar o peso específico aparente natural, como segue os cálculos:

- Peso da amostra de solo retirada da cavidade, Pt = 2,1758 kg.

- Volume do furo (Vfuro):


- Após o preenchimento do furo com areia do frasco, pesa novamente o frasco com

areia, P7 = 2,05 kg.

- Aplicam-se as relações:

12

14

16

18

20

22

24

2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00

Pes

o e

spec

ífic

o s

eco

(K

N/m

³)

Umidade (%)

Curva de Compactação

50

- Calcula o peso específico aparente natural in loco:

3° - Método do Speedy Test.

Neste ensaio, foi colocada uma amostra de 10,0 g de solo na câmara confinada do

aparelho Speedy, juntamente a ampola e duas esferas de aço e, após agitar, a umidade de

campo estabilizou em 3,1%.

Para determinação do peso específico aparente seco de campo, segue o cálculo,

utilizando o peso específico aparente natural calculada pelo frasco de areia e a umidade

medida in loco com o Speedy test:

Conforme mostrado nos cálculos acima, foram obtidos os pesos específicos secos

máximos em campo e em laboratório: 16,87 KN/m³ e 19,39 KN/m³, respectivamente. Com

base nesses dados, é calculado um último índice para analisar se a compactação foi feita

conforme as normas que, segundo a ABNT NBR 7182 de 08/1986 - Solo / Ensaio de

51

compactação, deve ser calculado o grau de compactação dado pela fórmula (2) onde este

deverá pertencer ao intervalo de 95 a 105% para uma compactação bem executada, segue

cálculo abaixo:

Segundo a ABNT, para que uma compactação seja executada de forma correta, segura

e eficiente, o grau de compactação desta deve pertencer ao intervalo de 95 a 105%, o que não

pode ser visto conforme os cálculos apresentados para esta obra. Provavelmente, este fato

pode ser atribuído a energia de compactação insuficiente para vencer o atrito entre as

partículas, uma vez que o solo se encontrava com umidade muito abaixo da ótima.

OBRA 02

A segunda obra visitada refere-se a condomínio vertical de 20 pavimentos, onde foram

compactadas camadas de aterro de 20,0 cm e utilização de compactador tipo placa vibratória,

conhecido por “sapinho”. Foi utilizado arisco branco. Segue abaixo a mesma sequencia de

ensaios:

1° - Ensaio Normal de Proctor.

Com o volume do cilindro de Proctor já calculado anteriormente, o ensaio segue com a

determinação das umidades para o solo trabalhado. Para isso, o solo foi homogeneizado com

150 ml de água para cada ponto, de onde foram retiradas duas amostras e postas para secagem

na estufa. Neste solo foram utilizados 150 ml de água, pois não se encontrava tão seco como o

primeiro. O quadro 06 abaixo resumo bem os cálculos realizados:

52

Quadro 6- Cálculos das umidades – Obra 02


TIPO CÁPSULA P1(g) P2(g) Tara (g)

P2 - tara (g)

h' = [(P1-P2)/P2 - tara] (%)

h = (A + B)/2 (%)

Umidade higroscópica

P02 46,59 46,5 8,0 38,5 0,23 0,24

5 46,30 46,2 6,9 39,3 0,25

1° Ponto 8 38,41 37,7 7,7 30 2,37

2,27 6 38,66 38 7,6 30,4 2,17

2° Ponto P04 45,62 44 6,8 37,2 4,35

4,47 7 46,39 44,7 7,8 36,9 4,58

3° Ponto P01 46,75 44,4 7,1 37,3 6,30

6,28 01 54,03 51,4 9,4 42 6,26

4° Ponto 03 57,36 53,3 6,8 46,5 8,73

8,81 04 49,55 46,1 7,3 38,8 8,89

5° Ponto 02 53,16 48,5 5,9 42,6 10,94

10,93 P03 58,87 53,9 8,4 45,5 10,92

Legenda:

- P1: Massa da amostra úmida (g).

- P2: Massa da amostra após secagem em estufa (g).

- h’: Umidades parciais (%).

- h: Umidade final – média aritmética das umidades parciais (%).

Da mesma forma que na obra 01, após o cálculo das umidades, é feito também o

cálculo do peso específico aparente natural, como mostra o quadro 7:

53

Quadro 7- Cálculos dos pesos específicos aparentes naturais – Obra 02


TIPO μt (g) μc (g) μu = μt -μc

(g) Vc (cm³)

ρn = μu/Vc (g/cm³)

n = ρn * 9,81 m/s² (KN/m³)

1° Ponto 8950,00 4900,00 4050,00 2322,66 1,74 17,11

2° Ponto 9250,00 4900,00 4350,00 2322,66 1,87 18,37

3° Ponto 9450,00 4900,00 4550,00 2322,66 1,96 19,22

4° Ponto 9600,00 4900,00 4700,00 2322,66 2,02 19,85

5° Ponto 9600,00 4900,00 4700,00 2322,66 2,02 19,85

Legenda:

- t: Massa total do cilindro + solo compactado (g).

- c: Massa do cilindro (g).

- u: Massa de solo compactado (g).

- Vc: Volume do cilindro (cm³).

- ρn: Massa específica natural (g/cm³).


Calcular o peso específico aparente seco utilizando a fórmula 05, conforme quadro 8:

Quadro 8-Cálculos dos pesos específicos aparentes secos – Obra 02


TIPO n = ρn * 9,81 m/s² (KN/m³)

d = n / 1 + h (KN/m³)

1° Ponto 17,11 16,73

2° Ponto 18,37 17,59

3° Ponto 19,22 18,08

4° Ponto 19,85 18,24

5° Ponto 19,85 17,89

54

Legenda:


- d: Peso específico seco (KN/m³).

Obs.: Durante a execução deste ensaio, o soquete tocou o aro do cilindro uma vez no

segundo ponto na camada quatro.

Após a realização dos cálculos, verifica-se a curva de compactação abaixo onde é

possível extrair os dados da compactação ideal para este solo, umidade ótima de 8,81% e

peso específico seco de 18,24 KN/m³.

Gráfico 2-Curva de compactação da obra 02.

2° - Método do Frasco de areia.

Assim como na obra, o ensaio do frasco de areia foi realizado no trecho da obra onde

teria sedo recém-compactado, escavando um furo de 15,0 cm (6’’) de profundidade e de

mesmo diâmetro do furo da bandeja metálica. O material retirado é pesado e dividido pelo

volume do furo para determinar o peso específico aparente natural, como segue os cálculos:

- Peso da amostra de solo retirada da cavidade, Pt = 2,5367 kg.

16,00

16,50

17,00

17,50

18,00

18,50

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

Pes

o e

spec

ífic

o s

eco

(K

N/m

³)

Umidade (%)

Curva de compactação

55

- Volume do furo (Vfuro):


- Após o preenchimento do furo com areia do frasco, pesa novamente o frasco com

areia, P7 = 1,7082 kg.

- Aplicam-se as relações:

- Cálculo do peso específico aparente natural in loco:

3° - Método do Speedy Test.

Neste ensaio, foi colocada uma amostra de 10,0 g de solo na câmara do aparelho

juntamente a ampola de carbureto de cálcio e duas esferas metálicas e, após agitar e a reação

estabilizar, foi verificada uma umidade de 3,2%.

Para determinação do peso específico aparente seco de campo, segue o cálculo,

utilizando o peso específico aparente natural, calculado pelo frasco de areia, e a umidade

medida in loco com o Speedy test:

56

Conforme mostrado nos cálculos acima, foram obtidos os pesos específicos secos

máximos em campo e em laboratório: 18,17KN/m³ e 18,24 KN/m³, respectivamente. Com

base nesses dados, é calculado um último índice para analisar se a compactação foi feita

conforme as normas que, segundo a ABNT NBR 7182 de 08/1986 - Solo / Ensaio de

compactação, deve ser calculado o grau de compactação dado pela fórmula (2) onde este

deverá pertencer ao intervalo de 95 a 105% para uma compactação bem executada, segue

cálculo abaixo:

Para esta obra, embora a umidade medida in loco tenha sido inferior a umidade ótima,

a compactação propôs um grau de compactação de 99,61%, logo, esta foi bem executada, pois

segundo a ABNT, está dentro do intervalo de 95 a 105%. Tendo em vista que o solo

apresentou uma umidade inferior à ótima, acredita-se que houve um aumento da energia de

compactação, fazendo com que o teor de umidade mesmo abaixo da ótima, seja reduzido e o

peso específico seco máximo seja elevado. Vale ressaltar que caso a umidade ótima seja

ultrapassada, esse aumento de energia de compactação pouco influenciará nos resultados. Por

fim, essa compactação se mostrou eficiente e não acarretará em danos para a edificação que

sobre ela fora feita.

57

5. CONCLUSÕES

Ao término da análise da pesquisa, é percebida de forma clara a influência que os

equipamentos submetem a uma dada compactação, pois, juntamente com a perfeita execução

das técnicas construtivas, são eles que proporcionam a melhor resistência para o solo, seja

qual for o seu tipo. Porém, para cada tipo de solo, há um equipamento específico que

proporcionará melhores resultados. Em suma, para solos coesivos, é indicado soquete

mecânico ou rolo pé de carneiro; para solo granular, rolo liso vibratório e placas vibratórias;

para solos misturados, rolo pé de carneiro vibratório; para qualquer tipo de solo, rolo

pneumático e para acabamentos superficiais de bases de estradas, rolo liso, sendo considerado

o porte da obra com o do equipamento.

Para a utilização adequada dos mais variados tipos de equipamentos, não é preciso

conhecer apenas o equipamento e o tipo de solo que ele se comportará melhor, é necessário

também conhecer teoricamente e praticamente todo o processo de compactação, o qual foi

possível ser visto durante a execução da pesquisa, não diretamente nas obras visitadas, uma

vez que, para a efetuação dos cálculos, seria preciso efetuar os ensaios nos trechos já

compactados. Porém, como a cidade de Mossoró se encontra em constante crescimento com

várias obras, seja em edifícios, pavimentações ou fechamento de valas de tubulações, este

processo pôde ser visualizado e compreendido.

Na cidade de Mossoró, de duas obras analisadas, a pesquisa concluiu que os resultados

foram satisfatórios para uma e insatisfatórios para a outra. Na obra 01, o equipamento

compactador tipo rolo pé-de-carneiro não foi suficiente para proporcionar uma compactação

que esteja dentro do exigido por norma, uma vez que a energia de compactação aplicada não

foi suficiente para suprir a demanda de água, ou seja, para uma umidade cerca de quatro vezes

menor que a umidade ótima, deveria ter havido uma compensação de energia de compactação

aplicada na mesma proporção, capaz de elevar o peso específico seco máximo. Logo, há a

necessidade de um esclarecimento do processo de compactação ou uma fiscalização adequada

do processo para que a compactação possa ser refeita, caso contrário, poderá provocar

recalque da edificação sobre esta apoiada, trazendo danos futuros, como fissuras e rachaduras

ou até mesmo seu desabamento. Porém, isso não significa uma total ineficácia deste

equipamento, pois, em um mínimo de 95% de grau de compactação exigido pela ABNT, esta

obra apresentou 87%, logo, outros fatores podem ser considerados, como uma falha no

58

processo de compactação por falta de esclarecimento sobre o mesmo ou fiscalização e

seguimento à risca da norma vigente.

Já a obra 02, onde foi utilizado compactador tipo placa vibratória, foi obtido um

excelente grau de compactação de 99,61%, ou seja, está contido no intervalo de 95 a 105%

conforme a mesma norma. Provavelmente houve uma execução de compactação mais

específica para o tipo de solo, com um rigor maior no processo, sendo, possivelmente,

utilizadas camadas de solos com espessuras adequadas ao tipo de equipamento utilizado. Este

grau de compactação evidencia um melhor estudo de prospecção e pesquisa daquele solo

antes da escolha do equipamento utilizado e mão de obra qualificada para execução do

processo de compactação bem como a determinação de seus índices essenciais, umidade

ótima e peso específico seco máximo.

59

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

APARECIDA, Jisela Santanna Greco. Construção de Estradas e Vias Urbanas.

Universidade Federal de Minas Gerais, Minas Gerais, 2010.

BASTOS, Cezar. Mecânica dos solos. DMC/FURJ,2010.

CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas aplicações. 3.ed. Vol. 1. Livros

Técnicos e Científicos. Rio de Janeiro, GB/2010.

DE JONG, Quirijn Van Lier (Editor). Física do Solo. Sociedade Brasileira de Ciência do

Solo. 1ª Edição. Viçosa, Minas Gerais, 2010.

DYMINSK, Andrea Sell. Compactação de Aterros. Maio de 2009.

KOHLER, Alexander. Compactação dos solos. Disponível em:

<http://www.apostilasgratuitas.info/construcao/76-casa-eletrica-hidraulica-etc/297-

compactacao-dos-solos>. Acessado em: 20 de maio de 2012.

JAWORSKI, Tadeo. Equipamentos para escavação, compactação e transporte.

Universidade Federal do Paraná, UFPR. Outubro de 2011.

MULTIQUIP. Manual básico de Compactação de solo. Rio de Janeiro, RJ, 2004.

PINTO, C. DE S. Curso básico de Mecânica dos solos em 16 aulas. Com exercícios

resolvidos. 3.ed. São Paulo. Oficina de textos. 2006.

RELVA, Global. Princípios básicos da aeração. Disponível em:

<http://globalrelva.org/index.php/articles/cultural/aeracao/179-coring-basics>. Acessado em:

10 jun. 2012.

SANTOS, Jaime A. Obras Geotécnicas, Compactação, Elementos teóricos. Departamento

de Engenharia Civil e Arquitetura, Instituto Superior técnico, Mestrado em Engenharia Civil,

fev. 2008.

SILVA JÚNIOR, Francisco Alves da. Ensaio de Compactação do solo. [mensagem pessoal

verbal] Mensagem recebida por: <Felipe Moreira de Magalhães>. Em: 02 out. 2012.

VARGAS, Rosane. Mecânica dos Solos. Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ. abr.

2010.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 5734 –

Especificação de peneiras para ensaio;

60

._____ ABNT NBR 6457 - Amostras de solos / preparação para ensaios de compactação e

ensaios de caracterização (método de ensaio).

._____ ABNT NBR 6508 - Grãos de solos que passam na peneira de 4,8mm /

determinação da massa específica (método de ensaio).

._____ ABNT NBR 7182de 08/1986 - Solo / Ensaio de compactação.

._____ ABNT NBR 7185 - Solo / determinação da massa específica aparente, "in situ",

com emprego de frasco de areia (método de ensaio).

DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM – MÉTODOS E

INSTRUÇÕES DE ENSAIO. DNER-ME 213/94. Solos – Determinação do teor de

umidade. Rio de Janeiro, 1994;

._____ DNER-ME 41/94. Solos –Preparação de amostras para ensaios de caracterização.

Rio de Janeiro, 1994;

._____ DNER-ME 52/94. Solos -Determinação da umidade com emprego do Speedy test.

Rio de Janeiro, 1994;

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