03 Plasticidade, Consistencia e Classificacao dos Solos

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Capítulo III – Plasticidade, 
Consistência e Classificação dos Solos
Prof. Eng. D.Sc. Emerson Cordeiro Morais
Rev. 21/03/2018
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Conteúdo Programático
3.1 Plasticidade e Limites de Consistência
3.2 Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade
3.3 Índice de Plasticidade e Gráfico de Plasticidade
3.4 Índice de Consistência
3.5 Limite de Contração e Grau de Contração
3.6 Estrutura dos Solos e Amolgamento
3.7 Principais Sistemas de Classificação dos Solos
3.8 Sistema Unificado de Classificação dos Solos
3.9 Sistema de Classificação do HRB
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Plasticidade
 A experiência mostrou que, para os solos em cuja textura haja uma
certa porcentagem de fração fina, não basta a granulometria para
caracterizá-los, pois suas propriedades plásticas dependem do teor de
umidade, além da forma das partículas e de sua composição
mineralógica.
 A plasticidade é definida como uma propriedade dos solos, que
consiste na maior ou menor capacidade de serem moldados, sob certas
condições de umidade, sem variação de volume.
 Trata-se de uma das mais importantes propriedades das argilas.
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Plasticidade
 O comportamento plástico fundamenta-se nas características tensão-
deformação.
 Um corpo diz-se elástico quando recupera a forma e o volume
primitivos, ao cessar a ação das foças externas que o deformava; ao
contrário, diz-se plástico quando não recupera seu estado original ao
cessar a ação deformante.
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Região 
Elástica Região Plástica
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Limites de Atterberg
 Segundo definição clássica de Albert Atterberg:
 “Sendo a umidade de um solo muito elevada, ele se apresenta como um
fluido denso e se diz no estado líquido.
 À medida que evapora a água, ele se endurece e, para um certo h = LL
(Limite de Liquidez), perde sua capacidade de fluir, porém pode ser
moldado facilmente e conservar sua forma. O solo encontra-se agora,
no estado plástico.
 A continuar a perda de umidade, o estado plástico desaparece até que,
para h = LP (Limite de Plasticidade), o solo se desmancha ao ser
trabalhado. Este é o estado semi-sólido.
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Limites de Atterberg
 Continuando a secagem, ocorre uma passagem gradual para o estado
sólido. O limite entre os dois estados é um teor de umidade h = LC
(Limite de Contração).
 Seguem, na Figura, os estados de consistência e suas fronteiras, ou
sejam, os limites de consistência.
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h% (Decrescendo)LL LP LC
Estado
Líquido
Estado
Plástico
Estado
Semi-sólido
Estado
Sólido
IP
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Limites de Liquidez (LL)
 A determinação do LL é feita pelo Aparelho de Casagrande, que
consiste em um prato de latão, em forma de concha, sobre um suporte
de ebonite.
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 Por meio de um excêntrico, imprime-se ao prato,
repetidamente, quedas de altura de 1 cm e
intensidade constante (ABNT/NBR 6459:1984).
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Limites de Liquidez (LL)
 Com os valores obtidos (número de golpes para fechar o sulco feito na
amostra e as umidades correspondentes), traça-se a linha de
escoamento do material, a qual, no intervalo compreendido entre 6 e
35 golpes, pode considerar-se como uma reta.
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 Recomenda-se a determinação de,
pelo menos, cinco pontos.
 Por definição, LL do solo é o teor
de umidade para o qual o sulco se
fecha com 25 golpes.
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Limites de Liquidez (LL)
 De acordo com os estudos da Federal Highway Administration, o LL
pode, também, ser determinado conhecido “um só ponto”, por:
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 A resistência que o solo oferece ao fechamento do sulco, medido pelo
número de golpes requerido, provém da sua “resistência ao
cisalhamento” correspondente à umidade que apresenta.
 Experimentalmente se obteve que, no limite de liquidez, esta
resistência tem um valor constante de 25 g/cm2 para todos os solos
plásticos.
LL = h
1, 419− 0,3⋅ logn
h = umidade em porcentagem 
correspondente a n golpes
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Limites de Liquidez - Exemplo
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Limites de Liquidez - Exemplo
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Limites de Plasticidade (LP)
 É determinado pelo cálculo da porcentagem de umidade para a qual o
solo começa a se fraturar quando se tenta moldar, com ele, um cilindro
de 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento (normatizado
pela ABNT/NBR 7180:1984).
 Não foi possível, ainda, ao contrário do que ocorreu com o LL,
mecanizar satisfatoriamente esse ensaio.
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Ensaio de Limite de Plasticidade
 A aparelhagem necessária é a seguinte:
a) Cápsula de porcelana com capacidade de 500 ml;
b) espátula com lâmina flexível de cerca de 8 cm de comprimento e 2 cm
de largura;
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8 cm8 cm
2 cm2 cm
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Ensaio de Limite de Plasticidade
c) placa de vidro de superfície esmerilhada;
d) cilindro de comparação de 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm de
comprimento;
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3 mm3 mm
10 cm10 cm
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Ensaio de Limite de Plasticidade
e) recipiente que permita guardar
amostras sem perda de umidade
antes de sua pesagem;
f) balança com capacidade de 200 g,
sensível a 0,01 g;
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Ensaio de Limite de Plasticidade
g) estufa capaz de manter a temperatura entre
1050 e 1100 C.
 Amostragem: Tomam-se cerca de 50 g da
amostra obtida de acordo com o item 4 do
método “Preparação de amostras de solos
para ensaios de caracterização”
(ABNT/NBR 6457:1986).
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Ensaio de Limite de Plasticidade
 Os passos do ensaio são os seguintes:
a) Coloca-se a amostra na cápsula e junta-se água destilada em quantidade
suficiente para se obter massa plástica. Deve-se adicionar a água aos
poucos, misturando-se continuamente com a espátula até a completa
homogeneização da massa;
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Ensaio de Limite de Plasticidade
b) Separam-se cerca de 20 g da massa obtida como descrito, modelando-a
na forma elipsoidal. Rola-se esta massa entre os dedos e a face
esmerilhada da placa de vidro, com pressão suficiente, a fim de moldá-
la na forma de um cilindro de diâmetro uniforme. O número de
rolagens deverá estar compreendido entre 80 e 90 por minuto,
considerando-se uma rolagem como o movimento da mão para a frente
e para trás, retornando ao ponto de partida.
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Ensaio de Limite de Plasticidade
b) Quando o diâmetro do cilindro de solo atingir 3 mm, quebra-se em seis
pedaços; amassa-se, a seguir, com os dedos, os referidos pedaços até se
obter uma massa de forma elipsoidal.
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Procede-se novamente à rolagem até
formar um cilindro de 3 mm de
diâmetro, juntando, amassando e
rolando, respectivamente, 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.
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Ensaio de Limite de Plasticidade
c) Ao se fragmentar o cilindro, transferem-se imediatamente os seus
pedaços para o recipiente e determina-se a umidade.
d) Repetem-se as operações anteriores até que se obtenham 3 valores que
não difiram da respectiva média de mais de 5%.
Limite de Plasticidade (LP) é expresso pela média dos teores de 
umidade obtidos como foi indicado.
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Limites de Plasticidade - Exemplo
 No laboratório, o LP é definido como sendo o teor de umidade com oqual um cilindro começa a se fragmentar, quando se procura moldá-lo
com 3 mm de diâmetro.
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Limites de Plasticidade - Exemplo
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Limites de Plasticidade - Exemplo
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Ensaios de LL e LP
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Índice de Plasticidade (IP)
 É a diferença entre os limites de liquidez e de plasticidade:
 Ele define a zona em que o terreno se encontra no estado plástico e, por
ser máximo para as argilas e mínimo para as areias (na verdade,
nulo), fornece um critério para se ajuizar o caráter argiloso de um solo.
 Assim, quanto maior o IP, tanto mais plástico será o solo.
 Quando um material não tem plasticidade (areia, por exemplo),
considera-se o índice de plasticidade nulo e escreve-se IP = NP (Não
Plástico).
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IP= LL − LP
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Índice de Plasticidade (IP)
 Uma pequena porcentagem de matéria orgânica eleva o valor de LP,
sem elevar simultaneamente o de LL; tais solos apresentam, pois,
baixos valores para IP.
 As argilas são tanto mais compressíveis quanto maior for o seu IP.
 Segundo Jenkins, os solos se classificam em:
 Fracamente plástico, se 1 < IP < 7
 Medianamente plástico, se 7 < IP < 15
 Altamente plástico, se IP > 15
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Solos Brasileiros
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Gráfico de Plasticidade
 Segundo suas características e propriedades físicas mais importantes,
os solos finos podem ser divididos em oito grupos:
 Argilas Inorgânicas de alta, média e baixa plasticidade;
 Siltes Inorgânicos de alta, média e baixa compressibilidade;
 Argilas Orgânicas; e
 Siltes Orgânicos.
 A classificação do solo pode ser feita por meio do gráfico de
plasticidade (ou de Casagrande), onde as abscissas representam o limite
de liquidez e as ordenadas os índices de plasticidade.
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Gráfico de Plasticidade
 Quanto ao fato dos pontos que representam dois tipos de solos,
observa-se que os solos orgânicos distinguem-se facilmente pelo seu
odor característicos, além de apresentarem cores escuras.
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Índice de Consistência (IC)
 A Consistência de um solo no seu estado natural, com teor de umidade
h, é expresso numericamente pela relação:
 Segundo o valor de IC ou R (Resistência à Compressão Simples), as
argilas classificam-se em:
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IC = LL −h
IP
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Limite de Contração (LC)
 A determinação do Limite de Contração (LC), teor de umidade a partir
do qual o solo não mais se contrai, não obstante continue perdendo
peso, é feita tendo em vista que o índice de vazios da amostra é o
mesmo, quer quando ainda saturada (no momento que cessa a
contração), quer estando completamente seca.
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Limite de Contração (LC)
 Considerando as equações já deduzidas:
e fazendo, na primeira h = LC, e na segunda h = 0, temos:
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ε = h⋅δ (para solos saturados) e γ = γg ⋅1+h1+ε
ε = (LC) ⋅δ e γ = γg
1+ε
 Tirando o valor de ε da segunda equação e igualando com a primeira:
(LC) ⋅δ = γg −γs
γs
LC = γg
γs ⋅δ
−
γs
γs ⋅δ
æ
è
ç
ö
ø
÷
em porcentagem
LC = γa
γs
−
1
δ
æ
è
ç
ö
ø
÷×100
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Limite de Contração (LC)
 Um outro modo de calcular LC decorre da observação do gráfico, onde
se obtém a própria definição do teor de umidade:
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LC = P1 −Ps( )− V1 −V2( ) ⋅γa
Ps
LC = h−V1 −V2
Ps
⋅γa
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Limite de Contração (LC)
 O ensaio é normatizado pela ABNT/NBR 7183:1982.
 Molda-se em uma cápsula uma amostra com alto teor de umidade,
seca-se em estufa e determina-se a umidade da amostra contraída.
 Para medir V2 (volume da pastilha correspondente ao solo seco),
emprega-se o método do deslocamento de mercúrio. O mercúrio
deslocado pelo solo é recolhido numa cápsula e medido numa proveta
graduada.
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Limite de Contração (LC)
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Grau de Contração (C)
 É a razão da diferença entre os volumes inicial (Vi) e final (Vf) após a
secagem da amostra, para o volume inicial (Vi), em porcentagem:
 Como a “compressibilidade” de um solo cresce com o grau de
contração, este índice fornece uma indicação da qualidade do solo.
Segundo Scheiding, temos:
 Solos bons, se C < 5%
 Solos regulares, se 5% < C < 10%
 Solos sofríveis, se 10% < C < 15%
 Solos péssimos, se C > 15%
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C = Vi −Vf
Vi
×100
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Estrutura dos Solos
 Chama-se Estrutura ao arranjo ou disposição das partículas
constituintes do solo.
 Tradicionalmente, consideram-se os seguintes tipos principais:
 a) Estrutura Granular Simples;
 b) Estrutura Alveolar;
 c) Estrutura Floculenta; e
 d) Estrutura em Esqueleto.
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Estrutura Granular Simples
 É característica das areias e pedregulhos, predominando as forças da
gravidade na disposição das partículas, que se apoiam diretamente uma
sobre as outras.
 De acordo com a maneira pela os grãos se agrupam, a estrutura pode
ser mais densa ou mais solta, o que é definido pelo grau de
compacidade.
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Estrutura Alveolar
 É o tipo de estrutura comum nos siltes mais finos e em algumas areias.
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 Se origina quando da formação de
um solo sedimentar, onde um grão
cai sobre o sedimento já formado,
devido a predominância da atração
molecular sobre o seu peso, ele
ficará na posição em que se der o
primeiro contato, dispondo-se assim
em forma de arcos.
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Estrutura Floculenta
 Nesse tipo de estrutura que só é possível
em solos cujas partículas componentes
sejam todas muita pequenas, as
partículas, ao se sedimentarem, dispõem-
se em arcos, os quais por sua vez, formam
outros arcos. Trata-se, pois, de uma
estrutura de ordem dupla.
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Estrutura em Esqueleto
 Nos solos onde, além de grãos
finos, há grãos mais grossos,
estes dispõem-se de maneira tal
a formar um esqueleto, cujos
interstícios são parcialmente
ocupados por uma estrutura de
grãos finos.
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Amolgamento
 É a operação de destruição da estrutura do solo, com a consequente
perda de sua resistência.
 A influência da estrutura do solo em suas propriedades é pesquisada
através de ensaios de amostras indeformadas.
 O grau de sensibilidade (Gs) de um solo é expresso pela razão entre a
resistência à compressão simples (Rc) de uma amostra indeformada e a
resistência da mesma amostra depois de amolgada (R'c) a teor de
umidade constante.
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Gs =
Rc
Rc'
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Amolgamento
 Segundo Skempton, as argilas se classificam em:
 Insensíveis, se Gs < 1
 Baixa sensibilidade, se 1 < Gs < 2
 Média sensibilidade, 2 < Gs < 4
 Sensíveis, se 4 < Gs < 8
 Extra-sensíveis, se Gs > 8
 A sensibilidade das argilas é de grande importância, pois indica que, se
a argila se romper, sua resistência após a ruptura é bem menor.
 Quanto mais complexas as estruturas, menos estáveis elas são e, uma
vez destruídas, não poderão mais ser recompostas.
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Classificação dos Solos
 Apesar das limitações a que estão sujeitas as diferentes classificações,
constituem elas um meio prático para a identificação dos solos. Os dois principais sistemas de classificação são:
• Sistema Unificado de Classificação de Solos – Unified Soil
Classification System (U.S.C.S.); e
• Sistema Rodoviário de Classificação – Highway Research Board
(H.R.B.).
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Sistema Unificado de Classificação
 Os solos são classificados em três grandes grupos:
a) Solos grossos: aqueles cujo diâmetro da maioria absoluta dos grãos é
maior que 0,074 mm (mais que 50% em peso, dos seus grãos, são
retidos na peneira # 200).
b) Solos finos: aqueles cujo diâmetro da maioria absoluta dos grãos é
menor que 0,074 mm (menos que 50% em peso, dos seus grãos, são
retidos na peneira # 200).
c) Turfas: solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e
extremamente compressíveis.
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Solos Grossos
 Neste grupo acham-se os pedregulhos, as areias e os solos
pedregulhosos ou arenosos com pequena quantidade de material fino
(silte ou argila).
 Estes solos são designados da seguinte maneira:
 Pedregulhos ou solos pedregulhosos: GW, GC, GP e GM.
 Areias ou solos arenosos: SW, SC, SP e SM
 As letras representam as iniciais das palavras inglesas:
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Solos Grossos
 Isto é:
• Pedregulhos: mais de 50% retidos #4→ G (“gravel”)
• Areias: menos de 50% retidos #4→ S (“sand”)
 Cada grupo por sua vez é dividido em quatro subgrupos. São eles:
a) Material praticamente limpo de finos, bem graduado (W): SW e
GW;
b) Material praticamente limpo de finos, mal graduado (P): SP e GP;
c) Material com quantidades apreciáveis de finos não plásticos (M) :
GM e SM;
d) Material com quantidades apreciáveis de finos plásticos (C): GC ou
SC.
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Solos Grossos
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Solos Finos
 Neste grupo encontram-se os solos siltosos (M) ou argilosos (C), de
baixa compressibilidade (LL < 50) ou alta compressibilidade (LL >
50).
 São designados da seguinte forma:
 Solos de baixa compressibilidade:ML, CL e OL.
 Solos de alta compressibilidade:MH, CH e OH.
 Onde, as letras ainda não referidas significam:
O de organic (orgânico)
L de low (baixa)
H de high (alta)
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Carta de Plasticidade de Casagrande
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Carta de Plasticidade de Casagrande
 A Carta de Plasticidade de Casagrande possui três divisores principais:
1) A linha A: IP = 0,73(LL - 20)
• acima - solos argilosos
• abaixo - solos siltosos
2) A linha B: LL = 50%
• direita - solos compressíveis e muito plásticos
• esquerda - solos de baixa compressibilidade e de baixa a
média plasticidade
3) A linha U: IP = 0,9(LL - 8)
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Turfas
 São solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e extremamente
compressíveis.
 Incorporam florestas soterradas em estágio avançado de decomposição.
Estes solos formam um grupo independente de símbolo Pt (“peat”).
 300% < LL < 500% → permanecendo a sua posição na carta de
plasticidade notavelmente acima da linha A.
 100 < IP < 200.
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Sistema Unificado de Classificação
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Sistema Rodoviário de Classificação
 Empregado na engenharia rodoviária em todo o mundo, proposto pelo
Bureau of Public Roads e revisto pelo HRB (1945).
 Normatizado pela AASHTO M145 (1973).
 Os solos são classificados em grupos e subgrupos, em função da sua
granulometria e plasticidade:
 Solos Granulares (% passante #200 < 35%) → A-1, A-2 e A-3;
 Solos Finos (% passante #200 > 35%) → A-4, A-5, A-6 e A-7;
 Solos Altamente Orgânicos → podem ser classificados como A-8.
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Sistema Rodoviário de Classificação
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Sistema Rodoviário de Classificação
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Sistema Rodoviário de Classificação
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Sistema Rodoviário de Classificação
 O gráfico de plasticidade, com indicação dos grupos e subgrupos dos
solos finos, permite facilmente classificá-los, conhecidos LL e IP.
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Índice de Grupo
 O Índice de Grupo (IG) é um número inteiro, variando de 0 a 20,
definidor da capacidade de suporte do terreno de fundação de um
pavimento. Seus valores extremos representam:
 Solos ótimos, se IG = 0; e
 Solos péssimos, se IG = 20.
 O quadro do sistema de classificação rodoviário apresenta:
 Solos granulares, entre 0 e 4
 Solos siltosos, entre 1 e 12
 Solos argilosos, entre 1 e 20
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Índice de Grupo
 A determinação desse índice baseia-se nos limites de Atterberg do solo
e na porcentagem do material fino que passa na peneira nº 200, através
da seguinte equação:
 Onde:
 Os valores de a, b, c e d deverão ser expressos em números inteiros e
positivos, assim como o valor de IG.
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IG= 0,2 ⋅a+0,005 ⋅a⋅c+ 0,01⋅b⋅d
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Índice de Grupo – Exemplo
 Calcular o IG de um solo A-6 em que 65% de material passa na
peneira 200, o LL = 32% e o IP = 13%.
 Usualmente, indica-se o valor do IG entre parênteses. Assim,
escreve-se A-6 (7).
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Exercícios
01
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Exercícios
02
03
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Exercícios
04
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Exercícios
05