ENSAIO DE PROCTOR: COMPACTAÇÃO DE SOLOS

UTILIZE A PLANILHA ON-LINE PARA A DETERMINAÇÃO DA CURVA DE PROCTOR

O Ensaio de Proctor (compactação de solos) é um teste fundamental na engenharia geotécnica, utilizado para determinar a relação entre a umidade e a densidade de um solo compactado. Através desse ensaio, é possível identificar a umidade ótima e a densidade máxima que o solo pode atingir, garantindo assim maior estabilidade e resistência em obras de infraestrutura, como fundações, pavimentações e aterros.

A compactação de solos é um processo de redução do volume de vazios por meio da aplicação de uma força externa (manual ou mecânica), que garante maior estabilidade ao solo a partir do(a):

  • Aumento da capacidade de suporte (resistência mecânica)
  • Menor redução volumétrica (compressibilidade) quando submetida ao carregamento externo
  • Redução do coeficiente de permeabilidade, uma vez que se reduz o volume de vazios

A norma brasileira que regulamenta o procedimento de ensaio é a ABNT NBR 7182 : 2016 Solo – Ensaio de compactação.

Curva de Proctor

A compactação de solos é utilizada em uma variedade de aplicações na engenharia, incluindo:

  • Obras de terraplenagem: A compactação é utilizada para nivelar terrenos e para formar superfícies de apoio para estruturas.
  • Dimensionamento de fundações: A compactação é utilizada para aumentar a resistência do solo sob as fundações de edifícios e outras estruturas.
  • Projeto de pavimentos: A compactação é utilizada para aumentar a resistência e a durabilidade dos pavimentos.

A partir do ensaio de compactação do solo, obtém-se a umidade ótima (para determinada energia de compactação) e massa específica aparente seca máxima do solo (para a mesma energia de compactação). Esses são os principais resultados do ensaio de compactação.

TIPOS DE CILINDROS UTILIZADOS NO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

Para a realização do ensaio de compactação de solos, é possível utilizar dois tipos de moldes cilíndricos:

  1. Cilindro pequeno (Proctor): utilizado quando se deseja obter apenas a curva de compactação (Umidade ótima e Densidade seca máxima)
  2. Cilindro grande (CBR): utilizado quando se deseja realizar o ensaio CBR – California Bearing Ratio (ISC – Índice de Suporte Califórnia) após o ensaio de compactação
Cilindros de Proctor

ENERGIAS DE COMPACTAÇÃO

De acordo com ABNT NBR 7182 em seu ítem 4, as energias de compactação são definidas em: normal, intermediária e modificada.

Para empregar, em laboratório, as energias de compactação padronizadas pela norma, utilizam-se as especificações da tabela abaixo para cada tipo de cilindro (pequeno ou grande).

TABELA 1 – Ensaio de Proctor

OBSERVAÇÃO: o soquete pequeno possui massa e altura de queda aproximada de 2,5 kg e 30,5 cm, respectivamente. O soquete grande possui massa e altura de queda aproximada de 4,536 kg e 45,7 cm, respectivamente.

Em campo, a energia de compactação depende dos equipamentos disponíveis e do “número de passadas” (ida e volta do equipamento de compactação), que podem ser determinados a partir dos resultados obtidos em um trecho de teste. As espessuras das camadas também vão depender dos equipamentos utilizados, em geral, ficam na ordem de 15 a 30 cm (espessura compactada).

Tratando-se de obras rodoviárias, é comum utilizar as energias de compactação da seguinte forma:

  • NORMAL: camadas de aterro e regularização do subleito
  • INTERMEDIÁRIA: camadas de sub-base
  • MODIFICADA: camadas de base

No entanto, para outras situações o projetista pode definir a energia de compactação utilizada de acordo com os equipamentos disponíveis, custos e necessidade da obra.

CURVA DE COMPACTAÇÃO

Para traçar a curva de compactação, recomenda-se determinar ao menos 5 pontos com umidades diferentes: 2 pontos no ramo seco, 1 ponto próximo da umidade ótima (preferencialmente no ramo seco) e 2 pontos no ramo úmido.

Curva de Proctor – Ramo seco e úmido
  • Ramo seco: a água adicionada lubrifica as partículas, possibilitando uma maior aproximação entre elas e uma crescente na densidade seca.
  • Ramo úmido: a partir de um certo ponto, a água se torna em excesso e provoca o afastamento das partículas e consequente diminuição da densidade seca.

A umidade ótima, densidade máxima e o próprio formato da curva de compactação (abaulada ou achatada) variam de acordo com o tipo de material. Em solos arenosos, por exemplo, a umidade ótima tende a ser menor se comparado aos solos argilosos (solo fino). A densidade também tende a ser maior em solos de maior granulometria (areias, cascalhos..).

Curva de Proctor para diferentes tipos de solo

Além disso, para cada energia de compactação (considerando que o material seja o mesmo) tem-se uma curva diferente: a umidade ótima decresce conforme a energia aplicada na compactação aumenta e o peso específico máximo seco do solo se eleva.

Curva de proctor para diferentes energias de compactação

EXEMPLO DE CÁLCULO

Para demonstrar os cálculos envolvidos na determinação da densidade seca de cada ponto, necessários para traçar a curva de compactação do solo, utilizaremos o exemplo a seguir. Considerar as seguintes informações:

  • Cilindro utilizado: Grande
  • Energia de compactação: Normal
  • Cilindro C1:
    • Volume útil: 2.095 cm³
    • Peso: 5.090 g
      • Cápsula C1A: 15,10 g
      • Cápsula C1B: 28,7 g
  • Cilindro C2:
    • Volume útil: 2.096 cm³
    • Peso: 5.375 g
      • Cápsula C2A: 16,40 g
      • Cápsula C2B: 26,40 g
  • Cilindro C3:
    • Volume útil: 2.106 cm³
    • Peso: 5.140 g
      • Cápsula C3A: 20,20 g
      • Cápsula C3B: 20,60 g
  • Cilindro C4:
    • Volume útil: 2.096 cm³
    • Peso: 5.400 g
      • Cápsula C4A: 17,90 g
      • Cápsula C4B: 28,10 g
  • Cilindro C5:
    • Volume útil: 2.096 cm³
    • Peso: 5.480 g
      • Cápsula C5A: 17,20 g
      • Cápsula C5B: 14,70 g
  • O processo de preparação de amostras foi realizado segundo a ABNT NBR 6457 Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização pelo método da Preparação com secagem prévia até a umidade higroscópica. A amostra de solo contendo 35 kg foi dividida em 5 partes iguais (7 kg cada) para representar os 5 pontos (mínimos) necessários para traçar a curva de compactação do solo.

Utilizando a TABELA 1, sabemos que para compactar o solo com a energia Normal de Proctor utilizando o cilindro grande, são necessários 12 golpes em cada uma das 5 camadas compactadas.

Cilindro grande – Ensaio de Proctor

O processo de compactação ocorre da seguinte forma, de acordo com a ABNT NBR 7182 : 2016 Solo – Ensaio de compactação:

  • 1º Passo: Fixa-se o molde cilíndrico à sua base, acoplar o cilindro complementar (colarinho) e apoiar o conjunto em uma base rígida. Caso a compactação seja realizada utilizando o cilindro grande, coloca-se o disco espaçador. Uma folha de papel filtro de diâmetro igual ao molde deve ser colocada, de modo a evitar a aderência do solo com a superfície metálica da base ou do disco espaçador.
  • 2º Passo: Em uma bandeja metálica, coloque o material gradativamente e adicione água destilada com o auxílio de uma proveta. A quantidade de água deve ser calculada (para o primeiro ponto da curva de compactação) para alcançar uma umidade de 5% abaixo da umidade ótima presumível.
  • 3º Passo: Os golpes do soquete devem ser aplicados perpendicularmente, certificando-se de que o soquete deslize na haste em queda livre, distribuindo uniformemente sobre a superfície de cada camada. A altura das camadas compactadas deve ser aproximadamente igual. Uma pequena amostra de solo é separada em duas cápsulas, imediatamente após a compactação da segunda camada, para a determinação da real umidade do material compactado, sendo levadas à estufa a uma temperatura de 105 ºC a 110 ºC até a constância de massa (geralmente entre 16h e 24h).
  • 4º Passo: Retirar o colarinho e realizar o arrasamento da 5ª camada até se atingir a altura do cilindro. A compactação da 5ª camada deve, obrigatoriamente, ultrapassar a altura limite entre cilindro/colarinho.

Cilindro grande – Ensaio de Proctor
  • 5º Passo: Após retirar o colarinho e realizar o arrasamento da 5ª camada, retira-se o conjunto “cilindo + solo” para ser pesado em balança. Observe que o “altura útil” de cada cilindro é, portanto, a altura do cilindro menos a altura do disco espaçador.

Cilindro grande – Ensaio de Proctor

Os demais pontos são compactados seguindo o mesmo processo, variando a umidade em 2% (valor médio).

Supondo que os resultados obtidos foram:

  • Cilindro C1 + Solo compactado (peso): 9104 g
    • Cápsula C1A + solo úmido: 101,89 g
    • Cápsula C1B + solo úmido: 102,81 g
  • Cilindro C2 + Solo compactado (peso): 9752 g
    • Cápsula C2A + solo úmido: 74,58 g
    • Cápsula C2B + solo úmido: 97,01 g
  • Cilindro C3 + Solo compactado (peso): 9825 g
    • Cápsula C3A + solo úmido: 94,14 g
    • Cápsula C3B + solo úmido: 90,75 g
  • Cilindro C4 + Solo compactado (peso): 9879 g
    • Cápsula C4A + solo úmido: 116,22 g
    • Cápsula C4B + solo úmido: 105,15 g
  • Cilindro C5 + Solo compactado (peso): 9701 g
    • Cápsula C5A + solo úmido: 103,67 g
    • Cápsula C5B + solo úmido: 105,77 g

Após secagem na estufa, as cápsulas são novamente pesadas. Supondo os seguintes valores registrados:

  • Cápsula C1A + solo seco: 94,82 g
  • Cápsula C1B + solo seco: 96,62 g
  • Cápsula C2A + solo seco: 68,83 g
  • Cápsula C2B + solo seco: 90,11 g
  • Cápsula C3A + solo seco: 85,67 g
  • Cápsula C3B + solo seco: 82,62 g
  • Cápsula C4A + solo seco: 103,53 g
  • Cápsula C4B + solo seco: 94,98 g
  • Cápsula C5A + solo seco: 91,03 g
  • Cápsula C5B + solo seco: 92,54 g

Para determinar o teor de umidade, utiliza-se a equação abaixo:

 w(\%)=\frac{M_{1} - M_{2}}{M_{2} - M_{3}} \times 100= \frac{M_{A}}{M_{S}}\times 100

Onde:

  • w: teor de umidade, expresso em porcentagem (%)
  • M1: é a massa do solo úmido mais a massa da cápsula, expressa em gramas (g)
  • M2: é a massa do solo seco mais a massa da cápsula, expressa em gramas (g)
  • M3: é a massa da cápsula, expressa em gramas (g)
  • MA: é a massa da água contida no solo, expressa em gramas (g)
  • Ms: é a massa seca do solo, expressa em gramas (g)

Calculando a umidade do primeiro ponto da curva de Proctor, temos:

  • Cápsula C1A: 15,10 g
  • Cápsula C1B: 28,7 g
  • Cápsula C1A + solo úmido: 101,89 g
  • Cápsula C1B + solo úmido: 102,81 g
  • Cápsula C1A + solo seco: 94,82 g
  • Cápsula C1B + solo seco: 96,62 g

 w(\%)=\frac{M_{1} - M_{2}}{M_{2} - M_{3}} \times 100= \frac{M_{A}}{M_{S}}\times 100

Sendo:

  • w: teor de umidade, expresso em porcentagem (%)
  • M1: é a massa do solo úmido mais a massa da cápsula, expressa em gramas (g)
  • M2: é a massa do solo seco mais a massa da cápsula, expressa em gramas (g)
  • M3: é a massa da cápsula, expressa em gramas (g)
  • MA: é a massa da água contida no solo, expressa em gramas (g)
  • Ms: é a massa seca do solo, expressa em gramas (g)

C1A:  \rightarrow w(\%)=\frac{101,89 - 94,82}{94,82 - 15,10} \times 100= \frac{7,07}{79,72}\times 100 \cong 8,9 \%

C1B:  \rightarrow w(\%)=\frac{102,81 - 96,62}{96,62 - 28,7} \times 100= \frac{6,19}{67,92}\times 100 \cong 9,1 \%

O valor médio para a umidade do ponto 1 é:  w(\%) = 9,0 \%

Para determinar a massa específica aparente do solo úmido, utiliza-se a equação abaixo:

 \rho = \frac{M_{T} - M_{C}}{V} = \frac{M_{U}}{V}

Sendo:

  • ⍴: é a massa específica aparente, expressa em gramas por centímetro cúbico (g/cm³)
  • MT: é a massa do solo úmido mais a massa do cilindro, expressa em gramas (g)
  • Mc: é a massa do cilindro, expressa em gramas (g)
  • Mu: é a massa do solo úmido, expressa em gramas (g)
  • V: é o volume útil do cilindro, expresso em centímetros cúbicos (cm³)

Calculando a massa específica aparente do solo úmido do primeiro ponto da curva de Proctor, temos:

 \rho = \frac{9104 - 5090}{2095} = \frac{4014}{2095} \cong 1,916 g/cm^{3}

Para determinar a massa específica aparente seca, utiliza-se a equação abaixo:

 \rho _{d} = \frac{\rho }{\left ( 100 + w \right )} \times 100

Sendo:

  • ⍴d: é a massa específica aparente seca, expressa em gramas por centímetro cúbico (g/cm³)
  • ⍴: é a massa específica aparente, expressa em gramas por centímetro cúbico (g/cm³)
  • w: teor de umidade, expresso em porcentagem (%)

Calculando a massa específica aparente seca do primeiro ponto da curva de Proctor, temos:

 \rho _{d} = \frac{1,916}{\left ( 100 + 9 \right )} \times 100 \cong 1,758 g/cm^{3}

O procedimento de cálculo é repetido para os 4 pontos seguintes.

RESULTADOS

Planilha – Ensaio de Proctor (compactação de solos)

CURVA DE COMPACTAÇÃO

Para traçar a curva de compactação, utiliza-se coordenadas cartesianas normais marcando-se em abscissas os teores de umidade (w%) e em ordenadas as massas específicas aparentes secas correspondentes (⍴d). A curva resultante deve ter um formato aproximadamente parabólico.

Curva de Proctor

MASSA ESPECÍFICA APARENTE SECA MÁXIMA

Valor correspondente à ordenada máxima da curva de compactação, expresso com aproximação de 0,001 g/cm³.

Resultado: densidade máxima e umidade ótima

UMIDADE ÓTIMA

Valor da umidade correspondente, na curva de compactação, ao ponto de massa específica aparente seca máxima, expressa com aproximação de 0,1%.

CARACTERÍSTICAS DO ENSAIO

No documento de apresentação dos resultados, indicar o processo de preparação e a energia adotada no processo de execução.

Informações do Ensaio de Proctor

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  • ABNT NBR 6457 Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização
  • ABNT NBR 7182 Solo – Ensaio de compactação

Mecânica dos Solos Experimental

Mecânica dos Solos – Teoria e Aplicações

3 comentários em “ENSAIO DE PROCTOR: COMPACTAÇÃO DE SOLOS”

  1. Pingback: CONTROLE DE COMPACTAÇÃO DE SOLOS - ENSAIO DE DENSIDADE IN SITU COM EMPREGO DO FRASCO DE AREIA -

  2. Pingback: PROCEDIMENTO DE ENSAIO: ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA - ISC (CBR) -

  3. Pingback: OBRAS RODOVIÁRIAS EM PAVIMENTO FLEXÍVEL: DEFINIÇÕES E ESPECIFICAÇÕES -

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Abrir bate-papo
Olá 👋
Podemos ajudar?