Aula 5.3 Consistência dos Solos

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA CIVIL
CONSISTÊNCIA DOS SOLOS
Aula 5
RENATO CABRAL GUIMARÃES
MECÂNICA DOS SOLOS I
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1. Introdução 
� Em solos arenosos somente as curvas
granulométricas são suficientes para sua identificação.
Materiais com curvas granulométricas semelhantes
comportam-se também de forma semelhante, desde que
tenham a mesma compacidade.
� Para os solos finos, definidos como aquele cuja
maioria dos grãos tem diâmetro inferior a cerca de
0,075 mm, isso não ocorre.
� Os argilo minerais que formam as argilas tem grande
influência no comportamento dos solos, sendo que
solos com mesma porcentagem de argila, mas
formado por argilo minerais diferentes podem
apresentar comportamento bem diferente.
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1. Introdução 
� O estudo da influência dos argilos minerais no
comportamento dos solos envolve estudos complexos,
por exemplo, análises por difração de raios-X, ou seja,
estudos que não são práticos.
� A partir do trabalho de Atterberg, que criou ensaios e
índices para verificar a influência das partículas
argilosas para aspectos agronômicos, o professor de
Mecânica dos Solos Arthur Casagrande adaptou e
padronizou estes ensaios para a engenharia.
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1. Introdução 
� Os limites de Atterberg e índices correlatos são
análises indiretas que têm se tornado uma forma mais
prática de identificar a influência das partículas
argilosas no comportamento dos solos.
� Os limites estão baseados no conceito de um solo
de granulação fina pode existir em qualquer dos
quatros estados dependendo do seu teor de umidade.
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1. Introdução 
w (%)
wC wP wL
ESTADO 
SÓLIDO
ESTADO 
SEMI-SÓLIDO
ESTADO 
PLÁSTICO
ESTADO 
LÍQUIDO
66
1. Introdução 
Sólido Semi-Sólido Plástico Líquido
ws wP wL w (%)
Volume da 
amostra
77
1. Introdução 
Mineral
Superfície específica
(m2/g) Íon Trocável
wL
(%)
wP
(%)
wC
(%)
Montmorilonita 800
Na 710 54 10
K 660 98 9
Ca 510 81 11
Mg 410 60 11
Fe 290 75 10
Ilita 80
Na 120 53 15
K 120 60 18
Ca 100 45 17
Mg 95 46 15
Fe 110 49 15
Caulinita 10
Na 53 32 27
K 49 29 -
Ca 38 27 25
Mg 54 31 29
Fe 59 37 29
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2. Conceitos teóricos dos limites de Atterberg
Os limites de consistência (Atterberg) são teores de
umidade arbitrariamente estabelecidos para definir a
trabalhabilidade de materiais cerâmicos.
LIMITE DE LIQUIDEZ: foi definido por Casagrande como
“teor de umidade para o qual um sulco/ranhura
longitudinal feito por um cinzel padrão será fechado em
um comprimento de 13 mm quando o recipiente
(concha) onde está a amostra de solo é forçado a cair 25
vezes de uma altura padrão de 10amm.”
99
2. Conceitos teóricos dos limites de Atterberg
1010
2. Conceitos teóricos dos limites de Atterberg
1111
2. Conceitos teóricos dos limites de Atterberg
LIMITE DE PLASTICIDADE: é definido pela determinação
do teor de umidade que marca o ponto onde o solo
começa a fraturar-se quando se tenta moldar, rolando-se
sobre uma placa de vidro com a mão um cilindro de
diâmetro igual a 3 mm e comprimento de
aproximadamente 10 cm.
1212
2. Conceitos teóricos dos limites de Atterberg
ÍNDICE DE PLASTICIDADE: intervalo de umidade na qual
o solo permanece no estado plástico.
plástico
w (%)
wC wP wL
Índice de plasticidade = limite de liquidez – limite de plasticidade
Variação do IP Classificação
1 < IP ≤ 7 Fracamente plástico
7 < IP ≤ 15 Mediamente plástico
15 < IP Altamente plástico
1313
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
� Equipamentos:
� Estufa elétrica capaz de manter a temperatura entre 60°C e 65ºC e
entre 105ºC e 110ºC;
� Placa de vidro com dimensões mínimas de 300 x 300 x 3 mm,
sendo uma das faces esmerilhada;
� Espátula de lâmina flexível de aço inox, com aproximadamente 80
mm de comprimento e 20 mm de largura;
� Espátula trapezoidal com aproximadamente 120 mm de
comprimento 60 mm de largura na extremidade;
� Aparelho de Casagrande;
� Cinzel;
� Balança eletrônica que permita pesar nominalmente até 200 g,
com resolução de 0,01 g e sensibilidade compatível;
� Cápsulas de alumínio para determinação do teor de umidade;
� Recipientes de vidro ou plástico para acondicionamento de
amostras.
� Norma ABNT - NBR 6459/1984.
1414
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
� Preparação e Homogeneização da Amostra:
� Amostra de material com diâmetro inferior a 0,42 mm –
200 g;
� Homogeneização – 15 a 30 minutos;
� Misturar continuamente a fim de formar uma pasta
uniforme, com consistência tal que sejam necessários
cerca de 15 ou 35 golpes no aparelho de Casagrande
para fechar a ranhura.
� Distribuição da pasta na concha:
� Transferir para a concha do aparelho de Casagrande
parte da mistura, moldando-a com auxílio da espátula
flexível, de forma a obter uma camada que na parte
central a espessura seja da ordem de 10 mm;
� Realizar esta operação de maneira que não fiquem
bolhas de ar no interior da mistura.
1515
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
1616
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
� Ranhura da Amostra:
� Dividir a massa de solo em duas partes, utilizando o
cinzel, que deverá ser deslocado perpendicularmente à
superfície da concha e ao longo do meridiano central
perpendicular ao eixo de rotação da concha;
� A ranhura deverá ser homogênea, lisa e desobstruída
de restos de materiais;
� Estes procedimentos deverão ser efetuados com a
concha fixada no aparelho de Casagrande.
1717
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
� Ranhura da Amostra
1818
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
� Ensaio:
� Após verificar se todas as partes do aparelho de
Casagrande estão limpas e a ranhura perfeita, girar a
manivela, deixando a concha cair em queda livre da
altura de 10 mm contra a base do aparelho,
ritimadamente e à razão de duas voltas por segundo;
� Anotar o número de golpes necessários para que as
bordas inferiores da ranhura se unam ao longo de
aproximadamente 13 mm;
� Se a ranhura se fechar de modo irregular é sinal que a
amostra não foi suficientemente homogeneizada,
sendo esta determinação desprezada.
1919
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
� Ensaio:
2020
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
� Ensaio:
� Transferir imediatamente uma quantidade de material
da região junto às bordas que se uniram para um
recipiente adequado, para determinação do teor de
umidade;
� Transferir o restante da massa de solo da concha para
a placa de vidro;
� Limpar a concha e o cinzel;
� Homogeneizar todo o material de modo a obter uma
diminuição ou aumento gradativo do seu teor de
umidade;
� Repetir as operações, obtendo no total cinco pontos de
ensaio, cobrindo um intervalo de 15 a 35 golpes.
2121
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Liquidez
w (%)
25
wL
No de Golpes (log)
� Resultado.
2222
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Plasticidade
� Equipamentos:
� Estufa elétrica capaz de manter a temperatura entre 60ºC e 65ºC e
entre 105ºC e 110ºC;
� Placa de vidro com dimensões mínimas de 300 x 300 x 3 mm,
sendo uma das faces esmerilhada;
� Espátula de lâmina flexível de aço inox, com aproximadamente 80
mm de comprimento e 20 mm de largura;
� Espátula trapezoidal com aproximadamente 120 mm de
comprimento 60 mm de largura na extremidade;
� Gabarito de cilíndrico para comparação, com 3 mm de diâmetro e
cerca de 100 mm de comprimento;
� Recipientes de vidro ou plástico para acondicionamento de
amostras;� Cápsulas de alumínio;
� Balança eletrônica, que permita pesar nominalmente até 200 g,
com resolução de 0,01 g e sensibilidade compatível.
� Norma ABNT - NBR 7180/1984.
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3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Plasticidade
� Preparação e Homogeneização da Amostra:
� Amostra de material com diâmetro inferior a 0,42 mm –
200 g;
� Homogeneização – 15 a 30 minutos;
� Misturar continuamente a fim de formar uma pasta
uniforme e de consistência plástica.
� Ensaio:
� Tomar cerca de 10 gramas de amostra assim preparada
e formar uma pequena bola, que deve ser rolada sobre
a placa de vidro com pressão suficiente da palma da
mão para lhe dar forma cilíndrica, sem colar nos
dedos.
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3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Plasticidade
� Ensaio:
� Tomar cerca de 10 gramas de amostra e formar uma
pequena bola, que deve ser rolada sobre a placa de
vidro com pressão suficiente da palma da mão para lhe
dar forma cilíndrica, sem colar nos dedos.
2525
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Plasticidade
� Ensaio:
� Se ao atingir 3 mm de diâmetro e comprimento da
ordem de 100 mm (utilizar gabarito), o cilindro começar
a fissurar, transferir imediatamente as partes do
mesmo para uma cápsula de alumínio, para
determinação do teor de umidade.
2626
3. Metodologia de execução dos ensaios Limite de Plasticidade
� Resultado:
� Repetir ensaio cinco vezes - Para cada cilindro uma
cápsula para umidade;
� O resultado final, média de pelo menos três valores de
umidade considerados satisfatórios (diferir da
respectiva média menos do que 5%), deve ser
expresso em porcentagem, aproximado para o inteiro
mais próximo;
� Na impossibilidade de se obter o cilindro com 3 mm de
diâmetro, considerar a amostra como não
apresentando limite de plasticidade (NP).
2727
A literatura técnica apresenta diversos tipos de
correlações a partir dos limites de liquidez e
plasticidade.
a) estão permanentemente sendo aperfeiçoadas;
b) devem ser utilizadas com muita cautela e como
informação preliminar;
c) cada solo traz consigo suas características próprias
(regionais). Não pode generalizar.
EXEMPLOS:
4. Aplicações práticas
2828
4. Aplicações práticas
2929
4. Aplicações práticas
ÍNDICE DE ATIVIDADE
m2rtículasemPesodePa%
,%)IP(asticidadeÍndicedePlIA
µ≤φ=
ÍNDICE DE 
ATIVIDADE
CLASSIFICAÇÃO 
DA ARGILA
< 0,75 INATIVA
0,75 – 1,25 NORMAL
> 1,25 ATIVA
3030
4. Aplicações práticas
CARTA DE PLASTICIDADE DE CASAGRANDE
20
100
500
20
0
40
60
Limite de Liquidez
Í
n
d
i
c
e
 
d
e
 
P
l
a
s
t
i
c
i
d
a
d
e
Alta plasticidadeBaixa Plasticidade
35
Silte
Argila
CH ou OH
MH ou OH
CL ou OL
ML ou OL
3131
4. Aplicações práticas
Índice de Liquidez (IL) ou Índice de Consistência (IC)
� Consistência é definida como a maior ou menor
dureza em que uma argila é encontrada na natureza. A
consistência refere-se sempre a solos coesivos (solos
não arenosos). A dureza de uma massa de solo varia
inversamente com o seu teor de umidade.
� Para grandes teores de umidade ele é mole, como
uma lama, e para pequenos teores de umidade ele é
duro, como um tijolo. A consistência de um solo pode
ser definida em função do índice de liquidez que
expressa a consistência do solo no estado em que se
encontra no campo, a partir da umidade obtida em
campo e do limite de liquidez e do índice de
plasticidade, conforme descrito a seguir.
3232
4. Aplicações práticas
Índice de Liquidez (IL) ou Índice de Consistência (IC)
P
L
L I
wwI −=
IL < 0 – Consistência de vaza;
0 < IL < 0,5 – Consistência plástica mole;
0,5 < IL < 0,75 – Consistência plástica média;
0,75 < IL < 1 – Consistência plástica rija;
IL > 1 – Consistência dura.
3333
4. Aplicações práticas
Índice de Liquidez (IL) ou Índice de Consistência (IC)
� Deve se ter muita cautela com este tipo de
classificação especialmente porque o IL obtido
utilizando o wL e o IP não terá significado para a
condição natural em campo uma vez que para obter-se
o wL e o wP a estrutura do solo foi completamente
destruída. A melhor maneira de obter tal índice é a
partir de correlações com resultados de ensaios de
compressão simples em amostras indeformadas.
Consistência da Argila Cu (kPa)
Muito mole < 20
Mole 20 a 40
Média 40 a 80
Rija 80 a 150
Dura > 150
3434
4. Aplicações práticas
� Os limites de Atterberg e índices correlatos têm provado ser
muito úteis para identificação e classificação do solo. Os limites
são frequentemente utilizados diretamente em especificações
para controle de solo para uso em aterro e em métodos semi-
empíricos de projeto.
� O índice de plasticidade, indicando a magnitude da faixa de teor
de umidade em que o solo permanece plástico, e o índice de
liquidez, indicando a proximidade de um solo natural no limite de
liquidez, são características particularmente úteis do solo.
� A especificação de serviço do DNIT para base estabilizada
granulometricamente (DNER-ES 303/97) especifica que a fração
que passa na peneira Nº 40 deverá apresentar limite de liquidez
inferior ou igual a 25% e índice de plasticidade inferior a 6%;
quando esses limites forem ultrapassados, o equivalente de areia
deverá ser maior que 30%.
3535
5. Comentários Finais
A HABILIDADE NA EXECUÇÃO DOS ENSAIOS DE
LIMITES DE LIQUIDEZ E PLASTICIDADE PODE SER
NATA (VIR COM O OPERADOR) OU PODE SER
ADQUIRIDA COM ESFORÇO DE APRENDIZADO E A
PRÁTICA DO DIA-A-DIA. DIFERENTES TIPOS DE SOLOS,
ALGUMAS VEZES, PODEM DAR MUITO TRABALHO AO
OPERADOR PARA SE ATINGIR RESULTADOS
DESEJÁVEIS, MESMO PARA OPERADORES
EXPERIENTES.