AULA 6 Plasticidade dos Solos

Prévia do material em texto

*
*
Plasticidade 
dos Solos
Aracaju-SE
Disciplina: Mecânica dos Solos 
*
*
Introdução
Solos grossos 
 areias e pedregulhos, com pequena quantidade ou sem a presença de finos 
 a quantidade de água presente tem um efeito secundário em seu comportamento
 pode classificar os solos grossos utilizando-se somente:
 a sua curva granulométrica, 
 o seu grau de compacidade e 
 a forma de suas partículas. 
- areias ou pedregulhos de iguais curvas granulométricas comportam-se, na prática, de forma semelhante
*
*
Isso não acontece nos solos finos 
O conhecimento da curva granulométrica de tais solos não é suficiente para prever o seu comportamento na prática.
Siltes, argilas e solos argilosos de mesma curva granulométrica cujos comportamentos não sejam semelhantes.
Nos solos finos, intervém, além do tamanho, a própria forma das partículas. A forma das partículas nos solos finos é tão importante, na definição do seu comportamento, quanto as suas dimensões.
Pedregulhos e areias são arredondados ou angulosos, sempre de forma aproximadamente esférica. Já nas argilas os grãos têm forma lamelar, escamosa ou outras ainda mais diferentes.
*
*
As partículas dos solos finos estarão ligados entre si e à água por forças que lhes emprestarão uma resistência intrínseca, a qual é chamada coesão. Por isso os solos finos são chamados coesivos.
Sendo lamelares as formas das partículas sólidas de tais solos, eles poderão deslizar umas sobre as outras, quando o solo é deformado por ação de uma força externa, e a resistência a tal deformação, que acima foi chamada de coesão, dependerá do teor de umidade do solo.
*
*
É a propriedade de certos sólidos, que consiste na maior ou menor capacidade de serem moldados sob certas condições de umidade, sem variação de volume. 
Definição de Plasticidade
A plasticidade de certas argilas existe porque a forma lamelar de seus grãos permite um deslocamento relativo das partículas, sem necessidade de variação de volume, e essa propriedade dependerá também do teor de umidade da argila.
As partículas que apresentam plasticidade são, principalmente, os argilo-minerais. Os minerais como o quartzo e o feldspato não desenvolvem misturas plásticas, mesmo que suas partículas tenham diâmetros menores do que 0,002mm.
*
*
A plasticidade de um solo é devida aos argilo-minerais, às micas e ao húmus existentes. 
O teor de argilo-minerais na fração argila dos solos é, quase sempre, muito superior aos de mica e de húmus e, portanto, o estudo dos argilo-minerais deve merecer destaque.
Os argilo-minerais são, fundamentalmente, silicatos hidratados de alumínio, que apresentam plasticidade, permuta catiônica, dimensões geralmente inferiores a 2 mícron e forma lamelar e alongada. 
*
*
Estados de consistência x Limites de Consistência (Atterberg)
*
*
Estado líquido – solo com umidade muito elevada, se apresenta como um fluido denso, não apresentando resistência ao cisalhamento.
Estado plástico – devido à evaporação da água, o solo endurece e, para um certo h = LL (limite de liquidez) ele perde a capacidade de fluir, porém pode ser moldado e conservar sua forma. 
Estado semi-sólido – com a continuação da perda de umidade, o estado plástico desaparece até que, para h = LP (limite de plasticidade) o solo se desmancha ao ser trabalhado. 
Estado sólido – continuando a secagem, ocorre a passagem gradual para o estado sólido, a partir de h = LC (limite de contração). Um solo está em um estado de consistência sólido quando o seu volume “não varia” por variações em sua umidade.
*
*
No estado plástico, o solo apresenta uma propriedade denominada de plasticidade, caracterizada pela capacidade do solo se deformar sem apresentar ruptura ou trincas e sem variação de volume.
A manifestação desta propriedade em um solo dependerá fundamentalmente dos seguintes fatores:
Umidade: Existe uma faixa de umidade dentro da qual o solo se comporta de maneira plástica. Valores de umidade inferiores aos valores contidos nesta faixa farão o solo se comportar como semi−sólido ou sólido, enquanto que para maiores valores de umidade o solo se comportará preferencialmente como líquido.
Tipo de argilo−mineral: O tipo de argilo−mineral (sua forma, constituição mineralógica, tamanho, superfície específica, etc.) influi na capacidade do solo de se comportar de maneira plástica. Quanto menor o argilo−mineral (ou quanto maior sua superfície específica), maior a plasticidade do solo. 
*
*
Determinação experimental dos limites de consistência
Limite de Liquidez (LL) 
É a quantidade de umidade do solo no qual o solo muda do estado líquido para o estado plástico, ou seja, perde a sua capacidade de fluir 
LL é a quantidade de água na qual um corte padrão na amostra remoldada irá fechar à distância de 13 mm com 25 golpes. 
*
*
*
*
*
*
Ensaio de Determinação do Limite de Liquidez (LL):
Equipamentos
	Os principais equipamentos e utensílios utilizados nos ensaios são: 
aparelho de Casagrande, calibrado para a altura de queda da concha de 1cm; 
Obs.: Calibra-se o aparelho de forma que o ponto da concha que entra em contato com a base se encontre a 1 cm desta, quando aquela estiver no ponto mais alto de seu curso. 
cinzéis próprios;
balança com capacidade 200g, sensível a 0,01 g;
estufa metálica de 105o.C a 110o.C;
cápsulas de porcelana com capacidade de 500ml;
cápsulas de alumínio com tampa (recipientes que permitam guardar amostras sem perda de umidade antes de sua pesagem);
espátula de aço flexível com 8 cm de comprimento e 2 cm de largura;
cronômetro;
pinça para retirar objetos da estufa.
*
*
Procedimento Experimental
	O ensaio para a determinação do limite de liquidez do solo é realizado com a amostra de 70 g, seguindo-se o procedimento experimental seguinte:
a) Toma-se a amostra que passou na peneira no. 40 (0,42 mm) de cerca de 70 g, coloca-se na cápsula de porcelana. Junta-se aos poucos água destilada (5 a 10 ml) e mistura-se com a espátula até obter uma pasta plástica homogênea. Deve-se adicionar água aos poucos, misturando-se continuamente com a espátula, até completa homogeneização da massa;
	b) Transfere-se com a espátula uma porção da pasta para a concha do aparelho de Casagrande. Molda-se com a espátula de modo a ocupar 2/3 da concha e apresentar na parte central a espessura máxima de 1 cm;
	c) Com o cinzel mais adaptável ao tipo de solo, abre-se uma ranhura na massa – dividindo-se a massa de solo em duas, segundo o plano de simetria do aparelho de Casagrande, ao longo do eixo a partir da porção média da concha, mantendo sempre o cinzel perpendicular à concha no ponto em que a toca;
d) Com a concha no aparelho, aciona-se a manivela à razão de 2 voltas por segundo, contando-se o número de golpes até que as bordas inferiores da ranhura se unam em 1,0 cm de comprimento; anotam-se os números de golpes; 
OBS: A ranhura deve se fechar por escoamento e não por escorregamento do solo sobre a concha.
e) Retira-se uma pequena quantidade do material no local onde as bordas da ranhura se tocaram, coloca-se numa cápsula, pesada anteriormente. Pesa-se a cápsula mais o solo e leva-se para a estufa para a determinação da umidade.
 	f) Transfere-se a massa restante para a cápsula de porcelana e, com adições de água destilada gradativamente crescentes (1 a 3 ml), repete-se os itens – b,c,d,e – até quatro teores de umidade correspondentes a quatro números de golpes nos intervalos de 25-35, 20-30, 15-25, 10-20, ou próximos a 50, 30, 20 e a 10 golpes;
g) Com a constância de peso (dia seguinte), retira-se da estufa e pesam-se as cápsulas. O peso obtido será o peso seco do solo + o peso da cápsula. A diferença com o peso inicial será o peso da água. As pesagens são feitas com a aproximação de 0,01g.
OBS.: O cinzel com volume é usado para solos argilosos, o achatado é usado em solos arenosos. 
*
*
Resultados
	Para determinação do LL,constrói-se um gráfico relacionando teores de umidade em escala logarítmica e número de golpes em escala decimal. 
	Pelos pontos lançados no gráfico através dos pares de valores, será traçada uma reta tão próxima quanto possível de, pelo menos, três pontos lançados. O limite de liquidez é obtido por ajuste linear dos pontos experimentais e equivale ao teor de umidade correspondente a 25 golpes. Caso os pontos obtidos não se alinhem numa reta ou aproximadamente a uma reta, repete-se o ensaio.
*
*
*
*
Limite de plasticidade (LP)
É o teor de umidade no qual o solo começa a se fraturar, quando se tenta moldar com ele um cilindro de 3mm de diâmetro e aproximadamente da largura da mão (10 cm) 
*
*
Ensaio de Determinação do Limite de Plasticidade (LP):
Equipamentos
	Os principais equipamentos e utensílios utilizados nos ensaios são: 
cápsula de porcelana com capacidade de 500ml;
espátula de aço flexível com 8 cm de comprimento e 2 cm de largura;
placa de vidro de superfície esmerilhada;
cilindro de comparação de 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento;
recipiente que permita guardar amostra sem perda de umidade antes de ser pesada – cápsulas de alumínio com tampa;
balança com capacidade 200g,sensível a 0,01 g; 
estufa metálica de 105o.C a 110o.C;
*
*
Procedimento Experimental
O ensaio para a determinação do limite de plasticidade do solo é realizado com a amostra de 50g, seguindo-se o procedimento experimental seguinte:
a) Coloca-se a amostra em uma cápsula e homogeneiza-se com adição de água destilada aos poucos até se obter uma massa plástica. Deve-se adicionar a água aos poucos (5 ml), misturando-se continuamente, com a espátula até completa homogeneização da massa; 
b) Com uma parte da massa plástica – cerca de 2,0 g - faz-se uma pequena bola elipsoidal, que se rola sobre a face esmerilhada da placa de vidro, com pressão suficiente para lhe dar a forma de cilindro de diâmetro uniforme. O número de rolagens é de 80 a 90 por minuto, considerando uma rolagem como o movimento da mão para frente e para trás, retornando ao ponto de partida; 
Quando o diâmetro de cilindro de solo atingir 3 mm, quebra-o em seis ou oito pedaços; amassa-se, a seguir, com os dedos, os referidos pedaços até se obter uma massa de forma elipsoidal. Procede-se novamente à rolagem até formar um cilindro de 3 mm de diâmetro, juntando, amassando e rolando, repetidamente, até que o cilindro de solo desagregue sob a pressão requerida para a rolagem e não seja mais possível formar um novo cilindro com o solo. A desagregação pode ocorrer quando o cilindro de solo apresentar um diâmetro maior do que 3 mm. Este deve ser considerado um estágio final satisfatório, tendo em vista que o solo foi antes rolado até atingir a forma de um cilindro de 3 mm de diâmetro.
A desagregação se manifesta diferentemente conforme o tipo de solo. Dificilmente o operador poderá produzir a desagregação do cilindro exatamente com 3 mm de diâmetro, a não ser reduzindo o número de rolagens, a pressão da mão, ou ambas e continuando a operação, sem deformação posterior até que o cilindro se desagregue. 
É permitido, entretanto, reduzir a quantidade total de deformações, no caso de solos pouco plásticos, fazendo com que o diâmetro inicial da massa de solo de forma elipsoidal se aproxime dos requeridos 3 mm de diâmetro final;
	c) Ao se fragmentar o cilindro, este é cortado em quatro partes. Coletam-se os fragmentos fissurados desta massa de solo em um recipiente para a determinação da umidade;
	d) Repetem-se as operações anteriores – itens b e c – até que se obtenham 3 (três) valores que não difiram da respectiva média de mais de 5%. 
*
*
Resultados
	O LP é obtido pela média dos valores de umidade encontrados durante o ensaio, sendo que estes valores de umidade não devem diferir da média em mais de 5% (para mais ou menos).
*
*
Limite de contração (LC)
Teor de umidade a partir do qual o solo não mais se contrai, não obstante continue perdendo peso. 
*
*
Ensaio de Determinação do Limite de Contração (LC):
Equipamentos
	Os principais equipamentos e utensílios utilizados nos ensaios são: 
cápsula de porcelana com cerca de 10 cm de diâmetro;
espátula de aço flexível com 8 cm de comprimento e 2 cm de largura;
cápsula cilíndrica metálica de cerca de 4 cm de diâmetro e 1 cm de altura, denominada “cápsula de contração”; 
régua de aço de cerca de 30 cm de comprimento;
cuba de vidro de cerca de 5 cm de diâmetro e 2,5 cm de altura;
placa de vidro graduada com três pinos de metal para mergulhar as pastilhas de solo no mercúrio;
proveta de vidro graduada em 0,2 ml, capacidade de 25 ml;
balança com capacidade 200g, sensível a 0,01 g;
mercúrio suficiente para encher a cuba de vidro.
estufa metálica de 105o.C a 110o.C;
pinça metálica para estufa.
*
*
Procedimento experimental
O ensaio para a determinação do limite de contração do solo é realizado com a amostra de 50 g, seguindo-se o procedimento experimental a seguir:
	a) Coloca-se a amostra na cápsula de porcelana, homogeneiza-se a amostra com adição de água destilada, aos poucos, até resultar uma amostra fluida (quase líquida), homogênea, facilmente trabalhável com a espátula e sem inclusões de ar;
b) Pegam-se as cápsulas de contração e as pesa (o ensaio é feito com duas amostras). 
c) Pegam-se as cápsulas de contração, lubrificam-se as paredes internas com vaselina para evitar a aderência do solo, preenche-se até aproximadamente 1/3 do volume, batendo-se, em seguida, de encontro a uma superfície firme, de modo que o solo escoe e ocupe todo o fundo da cápsula. Essa operação deve ser repetida mais duas vezes até encher a cápsula, obtendo-se uma superfície plana. Rasa-se o excesso de material com a régua de aço, até resultar uma superfície plana. Pesa-se a cápsula + o solo úmido;
	d) Seca-se ao ar até mudar de cor. Seca-se depois em estufa a 105o.C - 110o.C até constância de peso, pesa-se a cápsula + o solo seco e depois se determina o peso do solo seco contido na cápsula; 
e) Determina-se o volume da pastilha seca: 
- dentro de uma cápsula de porcelana de maiores dimensões, coloca-se a cuba de vidro cheia de mercúrio, removendo-se o excesso de mercúrio pressionando com a placa de vidro; 
- retira-se a pastilha de solo de solo da cápsula de contração e a coloca cuidadosamente sobre o mercúrio que enche a cuba de vidro; faz-se pressão com a placa de vidro, com os três pinos sobre a pastilha, obrigando-a a mergulhar inteiramente no mercúrio. 
		O volume do mercúrio deslocado pela pastilha será recolhido numa proveta de 25 ml e anota-se como Vs = volume do solo seco.
OBS.: As pesagens são feitas com aproximação de 0,1g. 
*
*
Resultados
	O limite de contração de um solo é o teor de umidade nele contido, expresso em percentagem do peso do solo seco, abaixo do qual não haverá decréscimo de volume da massa de solo com a perda de umidade.
 	O limite de contração, LC, é obtido pela fórmula: LC = ( _Vs_ x γa - _1_ ) x 100
 Ps δ
onde:
Vs = volume da pastilha de solo seco em cm3;
Ps = peso da pastilha de solo seco em g; 
γa = peso específico da água em g/cm3;
δ = densidade real do solo ( = γg = peso específico dos grãos em g/cm3)
 Como foram usadas duas cápsulas, o resultado do LC será a média dos dois valores obtidos.
*
*
Índice de Plasticidade (IP) 
IP = LL – LP
os solos poderão ser classificados em:
 - não plásticos IP = 0 ou NP 
- fracamente plásticos 1 < IP ≤ 7
- medianamente plásticos 7 < IP ≤ 15
- altamente plásticos IP > 15
O índice de plasticidade (IP) corresponde a faixa de valores de umidade do solo na qual ele se comporta de maneira plástica. 
*
*
 IP é a quantidade de água necessária a acrescentar a um solo (com uma consistência dada pelovalor de LP) para que este passasse do estado plástico ao líquido.
 IP é uma maneira de avaliarmos a plasticidade do solo. 
Por ser máximo para as argilas e nulo para as areias, fornece um critério para se julgar o caráter argiloso de um solo, assim quanto maior for o IP, tanto mais plástico será o solo.
		
*
*
ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA (IC)
Consistência refere-se sempre a solos coesivos. 
É definida como a maior ou menor dureza com a qual uma argila é encontrada na natureza. 
IC = LL - h , sendo h = umidade natural do solo
	IP
De acordo com o IC as argilas podem ser classificadas com:
argila de consistência vaza ou muito mole ----------- IC < 0
argila de consistência plástica mole ------------------- 0 < IC < 0,5
argila de consistência plástica média ------------------ 0,5 < IC < 0,75 
argila de consistência plástica rija --------------------- 0,75 < IC < 1
argila de consistência dura ------------------------------ IC > 1
*
*
Conceitos complementares
COESÃO
é a resistência que a fração argilosa empresta ao solo, tornando-o capaz de se manter coeso em forma de torrões ou blocos, ou capaz de ser cortado em formas diversas e manter esta forma. Os solos que têm esta propriedade chamam-se coesivos. Os solos não coesivos esborroam-se facilmente ao serem cortados ou escavados.
ATIVIDADE
É a propriedade, que algumas argilas têm, de poder transmitir ao solo, em maior ou menor grau, um comportamento argiloso, isto é, uma maior ou menor plasticidade e coesão.
A superfície das partículas dos argilo-minerais possui uma carga elétrica negativa, cuja intensidade depende principalmente das características do argilo-mineral considerado. As atividades físicas e químicas decorrentes desta carga superficial constituem a chamada "atividade da superfície do argilo-mineral“. Dos três grupos de argilo-minerais apresentados aqui, a montmorilonita é a mais ativa, enquanto que a caulinita é a menos ativa.
*
*
AMOLGAMENTO
É a operação de destruição da estrutura original do solo, com a conseqüente perda de sua resistência, mantido seu teor de umidade original. A influência da estrutura do solo em suas propriedades é pesquisada através de ensaios realizados com amostras indeformadas.
As estruturas, quando mais complexas, menos estáveis são e, uma vez destruídas, não poderão mais ser recompostas.
O efeito do amolgamento é o de destruir qualquer aglutinação nos pontos de contato dos grãos e, portanto, a estrutura, de forma a transformar o solo numa massa de grãos dispersos. Uma série de efeitos eletroquímicos, envolvendo a atração entre os grãos, dá lugar, então, a uma redução da coesão aparente.
*
*
SENSIBILIDADE
É a perda de resistência do solo devido a destruição de sua estrutura original. A sensibilidade de um solo é avaliada por intermédio do índice de sensibilidade (St), o qual é definido pela razão entre a resistência à compressão simples de uma amostra indeformada e a resistência à compressão simples de uma amostra amolgada, remoldada no mesmo teor de umidade da amostra indeformada. 
A sensibilidade de um solo é calculada pela equação:
Onde St é a sensibilidade do solo e RC e R’C são as resistências à compressão simples da amostra indeformada e amolgada, respectivamente.
Quanto maior for o St, tem−se uma menor coesão, uma maior compressibilidade e
uma menor permeabilidade do solo.
*
*
TIXOTROPIA
O termo tixotropia é usado, na prática da Mecânica dos Solos, para descrever o restabelecimento da resistência num solo remoldado. 
Essa recuperação só muito raramente atinge 100% do valor primitivo.
A explicação do fenômeno seria possível admitindo-se que a remoldagem, diminui as distâncias entre as partículas, desequilibra o campo atrativo entre elas, levando-o a um estado que não é estável; quando o solo é deixado em repouso, ou sobre ele atuam pressões de adensamento ou trocam-se as condições coloidais do meio, à distância entre as partículas tende a um nível de energia de repouso que será maior que o anterior.