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O Ensaio e as Energias de Compactação - Compactação de Solos

O ensaio de compactação, conhecido como Ensaio normal de Proctor (ou AASHTO Normal). Uma metodologia desenvolvida pelo engenheiro Ralph Proctor em 1933, sendo normatizada nos Estados Unidos pela A.A.S.H.O - American Association of State Highway Officials e no Brasil sua execução segue a norma ABNT NBR 7182/1986 - Ensaios de Compactação. Um dos mais importantes procedimentos de estudo e controle de qualidade de aterros de solo compactado. Através dele é possível obter a densidade máxima do maciço terroso, condição que otimiza o empreendimento com relação ao custo e ao desempenho estrutural e hidráulico. Consiste em se compactar uma amostra dentro de um recipiente cilíndrico, com aproximadamente 1.000 cm³, em 3 camadas sucessivas, sob a ação de 25 golpes de um soquete pesando 2,5 kg, caindo de 30,5 cm de altura.

O ensaio é repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um deles, o peso específico aparente. Com os valores obtidos, traça-se a curva Vs x teor de umidade, obtendo-se o ponto correspondente a umidade ótima (hot) e a densidade máxima aparente seca (Vs,max). Para o traçado da curva é conveniente a determinação de, pelo menos, cinco pontos, de forma a que dois deles se encontrem no ramo ascendente (zona seca), um próximo à umidade ótima e os outros dois no ramo descendente da curva (zona úmida). A energia de compactação desse ensaio é de aproximadamente 5,7 kg.cm/cm³, calculada pela expressão:

Em que:

E = Energia específica de compactação, por unidade de volume;

P = Peso do soquete (kg);

h = Altura de queda do soquete (cm);

N = Número de golpes por camada

n = Número de camadas;

V = Volume do solo compactado (cm³).

Atualmente, tendo em vista o maior peso e eficiência dos equipamentos de compactação, tornou-se necessário alterar as condições do ensaio para manter a indispensável correlação com o esforço de compactação obtido no campo. Surgiram, assim, as energias Intermediária e o Modificada de Proctor (ou AASHTO Intermediário e Modificado), com energias de compactação de 12.8 e 27.1 kg.cm/cm³, respectivamente.

Na prática rodoviária é comum utilizar-se, nos ensaios de compactação, o mesmo molde metálico e o soquete utilizados no ensaio CBR (Índice de Suporte Califórnia), modificando-se o número de golpes e o número de camadas para a obtenção das mesmas energias previstas no ensaio Proctor. 

Imagem 1: Soquete utilizados no ensaio CBR (Índice de Suporte Califórnia)

Na imagem a seguir estão mostradas as dimensões e os pesos dos soquetes utilizados:

O método de ensaio mais adotado é DNER ME-129/94 Solos - Compactação utilizando amostras não trabalhadas. Esse ensaio, utilizando o Equipamento AASHTO, pode ser realizado nas três energias de compactação, compactando-se cada camada com: 12 golpes (Energia Normal), 26 golpes (Energia Intermediária) ou 55 golpes (Energia Modificada). Segundo esse método, não pode haver reaproveitamento do solo compactado, devendo, cada corpo-de-prova, ser compactado com amostra não utilizada.

Evidentemente, aumentando-se a energia de compactação serão obtidos valores diferentes para a umidade ótima (hot) e para a densidade máxima aparente seca (Vs,max). Como se verifica pela figura seguinte, ao crescer o esforço de compactação o densidade máxima aparente seca aumenta e a umidade ótima decresce ligeiramente.

Esse fenômeno pode ser explicado pelo fato de que quanto maior for o esforço de compactação tanto mais próximos uns dos outros se poderá forçar os grãos dos solos a ficarem. Porém, com pequenas umidades aparecerá atrito grão-a-grão que dificultará o esforço de compactação, impedindo o seu entrosamento completo, de forma a atingir grandes densidades.

É o que acontece no ramo esquerdo das curvas de compactação. Quando a umidade do solo for muito grande, esse estará quase saturado, não oferecendo resistência à compactação, porém, as densidades serão tanto mais baixas quanto maiores forem os teores de umidade, pois os filmes de água em torno dos grãos crescerão de espessura à medida que as umidades crescem. É o que acontece no ramo direito das curvas. No ponto correspondente à umidade ótima, a espessura do filme de água é próxima à estritamente necessária para saturar os vazios correspondentes à máxima densidade possível de ser obtida com o esforço de compactação empregado.

Imagem 2: Preenchimento do formulário de laboratório.

Possíveis Fontes de Erros.

Relacionamos alguns fatores que podem provocar erros na obtenção da curva de compactação durante a execução do ensaio. A seguir, alguns exemplos de possíveis fontes de erros no Laboratório:

• Destorroamento incompleto do solo durante a preparação da amostra;
• Homogeneização deficiente da amostra após adição da água (absorção incompleta e desuniforme da água pelo solo);
• Reutilização do solo. Alguns solos são afetados pela recompactação, principalmente alguns solos argilosos ou solos com concreções ferruginosa lateríticas, que apresentam aumento do peso específico seco máximo e diminuição do teor de umidade ótima;
• Número insuficiente de pontos para definição adequada da curva de compactação;
• Base inadequada para apoio do molde durante a compactação;
• Determinação incorreta do volume interno do molde;
• Fatores humanos durante a compactação: distribuição desuniforme dos golpes sobre a superfície da camada, não verticalização do soquete, variações na elevação do soquete, velocidade de aplicação dos golpes, não liberação total do soquete durante a queda;
• Variação excessiva na espessura de cada camada;
• Determinação do teor de umidade através de amostra não representativa.

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Compactação de Solos - Ensaios Geotécnicos - História e o Conceito.