Aula 5C 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
22
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.
33
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.
44
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.
55
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. Ensaio de Limite de Liquidez
➢ Norma ABNT - NBR 6459/2016 - Solo — Determinação
do limite de liquidez;
➢ Equipamentos:
a) estufa capaz de manter a temperatura de 60°C a 65°C e
105°C a 110°C;
b) cápsula de porcelana com aproximadamente 120 mm de
diâmetro;
c) espátula de lâmina flexível com aproximadamente 80
mm de comprimento e 20 mm de largura;
d) aparelho Casagrande;
e) cinzel;
1414
3. Ensaio de Limite de Liquidez
1515
3. Ensaio de Limite de Liquidez
➢ Equipamentos:
f) recipientes adequados que evitem a perda de umidade
da amostra, como pares de vidros côncavos com grampo;
g) balança que permita pesar nominalmente 200 g, com
resolução de 0,01 g e sensibilidade compatível;
h) gabarito para verificação da altura de queda de concha;
i) esfera de aço com 8 mm de diâmetro.
1616
3. Ensaio de Limite de Liquidez
➢ Execução do Ensaio:
✓ Colocar a amostra na cápsula de porcelana, adicionar
água destilada em pequenos incrementos, amassando e
revolvendo, vigorosa e continuamente com auxílio da
espátula, de forma a obter uma pasta homogênea, com
consistência tal que sejam necessários da ordem de 35
golpes para fechar a ranhura.
✓ O tempo de homogeneização deve estar compreendido
entre 15 min e 30 min, sendo o maior intervalo de tempo
para solos mais argilosos.
1717
3. Ensaio de Limite de Liquidez
1818
3. Ensaio de Limite de Liquidez
➢ Execução do Ensaio:
✓ Transferir parte da mistura para a concha, moldando-a
de forma 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.
✓ Retornar o excesso de solo para a cápsula.
✓ Dividir a massa de solo em duas partes, passando o
cinzel por meio desta, de maneira a abrir uma ranhura
em sua parte central, normalmente à articulação da
concha. O cinzel deve ser deslocado
perpendicularmente à superfície da concha.
1919
3. Ensaio de Limite de Liquidez
2020
3. Ensaio de Limite de Liquidez
➢ Execução do Ensaio:
✓ Golpear a concha contra a base, deixando-a cair em
queda livre, girando a manivela à razão de duas voltas
por segundo. Anotar o número de golpes necessário
para que as bordas inferiores da ranhura se unam ao
longe de 13 mm de comprimento, aproximadamente.
✓ Transferir, imediatamente, uma pequena quantidade do
material para junto das bordas que se uniram para um
recipiente adequado para determinação de umidade,
conforme a ABNT NBR 6457.
✓ Transferir o restante da massa para a cápsula de
porcelana. Lavar e enxugar a concha e o cinzel.
2121
3. Ensaio de Limite de Liquidez
2222
3. Ensaio de Limite de Liquidez
2323
3. Ensaio de Limite de Liquidez
2424
3. Ensaio de Limite de Liquidez
➢ Execução do Ensaio:
✓ Adicionar água destilada à amostra e homogeneizar
durante pelo menos 3 min, amassando e revolvendo
vigorosa e continuamente com o auxílio da espátula.
✓ Repetir as operações descritas anteriormente, obtendo
o 2º ponto de ensaio.
✓ Repetir as operações de modo a obter pelo menos mais
três pontos de ensaio, cobrindo o intervalo de 35 a 15
golpes.
2525
3. Ensaio de Limite de Liquidez
w (%)
25
wL
No de Golpes (log)
➢ Resultado.
2626
3. Ensaio de Limite de Liquidez
➢ Expressão dos resultados.
✓ O resultado obtido deve ser expresso em porcentagem,
aproximando para o número inteiro mais próximo.
✓ Deve ser indicado o processo de preparação da amostra
(com ou sem secagem prévia ao ar).
✓ Na impossibilidade de se conseguir a abertura da
ranhura ou o seu fechamento com mais de 25 golpes,
considerar a amostra como não apresentando limite de
liquidez (NL).
2727
4. Ensaio de Limite de Plasticidade
➢ Norma ABNT - NBR 7180/2016 - Solo — Determinação
do limite de plasticidade;
➢ Equipamentos:
a) estufa capaz de manter a temperatura de 60°C a 65 °C e
de 105°C a 110°C;
b) espátula de lâmina flexível com aproximadamente 80
mm de comprimento e 20 mm de largura;
c) balança que permita pesar nominalmente 200 g, com
resolução de 0,01g e sensibilidade
compatível;
d) gabarito cilíndrico para comparação com 3 mm de
diâmetro e cerca de 100 mm de comprimento;
e) placa de vidro de superfície esmerilhada com cerca de
30 cm de lado.
2828
➢ Execução do Ensaio:
✓ Colocar a amostra na cápsula de porcelana, adicionar
água destilada em pequenos incrementos, amassando e
revolvendo, vigorosamente e continuamente, com o
auxílio da espátula, de forma a obter uma pasta
homogênea, de consistência plástica. O tempo ideal de
homogeneização deve estar compreendido entre 15 min
e 30 min, sendo o maior intervalo de tempo para solos
mais argilosos.
✓ Tomar cerca de 10 g da amostra 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 a forma de cilindro.
4. Ensaio de Limite de Plasticidade
2929
4. Ensaio de Limite de Plasticidade
3030
➢ Execução do Ensaio:
✓ Se a amostra se fragmentar antes de atingir o diâmetro
de 3 mm, retorná-la à cápsula de porcelana, adicionar
água destilada, homogeneizar durante pelo menos 3
minutos, amassando e revolvendo vigorosa e
continuamente com auxílio da espátula, e repetir o
procedimento descrito anteriormente.
✓ Se a amostra atingir o diâmetro de 3 mm sem se
fragmentar, amassar o material e repetir o procedimento
descrito anteriormente.
4. Ensaio de Limite de Plasticidade
3131
➢ Execução do Ensaio:
✓ Quando o cilindro se fragmentar, com diâmetro de 3 mm
e comprimento da ordem de 100 mm (o que se verifica
com o gabarito de comparação), transferir
imediatamente as partes deste para um recipiente
adequado, para determinação da umidade conforme a
ABNT NBR 6457.
✓ Repetir as operações de modo a obter pelo menos três
valores de umidade (ideal são cinco valores de
umidade).
4. Ensaio de Limite de Plasticidade
3232
4. Ensaio de Limite de Plasticidade
3333
➢ Expressão dos resultados:
✓ Considerar satisfatórios os valores de umidade obtidos
quando de pelo menos três nenhum deles diferir da
respectiva média de mais que 5 % dessa média.
✓ O resultado final, média de pelo menos três valores de
umidade considerados satisfatórios, deve ser expresso
em porcentagem, aproximado para o inteiro mais
próximo.
✓ Deve ser indicado o processo de preparação da amostra
(com ou sem secagem prévia ao ar).
✓ Na impossibilidade de se obter o cilindro com 3 mm de
diâmetro, considerar a amostra como não apresentando
limite de plasticidade (NP).
4. Ensaio de Limite de Plasticidade
3434
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:
5. Aplicações práticas
3535
5. Aplicações práticas
3636
5. Aplicações práticas
ÍNDICE DE ATIVIDADE
m2rtículasemPesodePa%
,%)IP(asticidadeÍndicedePl
IA


ÍNDICE DE 
ATIVIDADE
CLASSIFICAÇÃO 
DA ARGILA
< 0,75 INATIVA
0,75 – 1,25 NORMAL
> 1,25 ATIVA
3737
5. Aplicações práticas
20 100500
20
0
40
60
Limite de Liquidez
Ín
d
ic
e 
d
e 
P
la
st
ic
id
ad
e Alta plasticidadeBaixa Plasticidade
35
Silte
Argila
CH ou OH
MH ou OH
CL ou OL
ML ou OL
3838
5. 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.
3939
5. Aplicações práticas
Índice de Liquidez (IL) ou Índice de Consistência (IC)
P
L
L
I
ww
I


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.
4040
5. 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%.
4141
6. 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.