Notas de aulas parte 6 (Mec. Solos I)

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Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 6) 
 
 
 
 
Helio Marcos Fernandes Viana 
 
 
 
 
Tema: 
 
Plasticidade, estados de consistência e limites de 
consistência 
 
 
Conteúdo da parte 6 
 
1 Plasticidade 
 
2 Estados de consistência 
 
3 Limites de consistência 
 
4 Índice de plasticidade 
 
5 Índice de consistência 
 
6 Ensaios para determinação dos limites de consistência 
 
 
 
 
 2 
1 Plasticidade 
 
1.1 Introdução 
 
 
 Desde a antiguidade, sabe-se que variado a umidade do solo faz com que o 
solo atinja um estado de consistência plástico, o qual permite que o solo seja 
trabalhado para formar telhas, tijolos, vasos cerâmicos, etc. 
 
 A plasticidade de um solo depende: 
 
 a) Do argilomineral presente no solo; e 
 b) Da quantidade de água presente no solo. 
 
 Pode-se dizer que a plasticidade está associada aos solos finos ou 
argilosos. 
 
OBS(s). 
i) Consistência pode ser compreendida como firmeza ou solidez de um material; e 
ii) Para Mecânica dos Solos, estado de consistência é diferente de grau de 
consistência, pois: 
a) O estado de consistência do solo se relaciona aos limites de 
consistência do solo; e o estado de consistência do solo pode ser: 
sólido, semi-sólido, plástico e líquido; e 
b) O grau de consistência do solo se relaciona ao índice de 
consistência (IC) dos solos argilosos; e o grau de consistência dos 
solos argilosos pode ser: muito mole, mole, médio, rígido ou duro. 
 
 
1.2 Conceito de plasticidade para Mecânica dos Solos 
 
 
 Para Mecânica dos Solos plasticidade é a propriedade que o solo tem de 
experimentar deformações rápidas sem ocorrer variações volumétricas apreciáveis, 
e sem ocorrer ruptura do solo. 
 
OBS. Como exemplo de plasticidade pode-se citar: o moldar e curvar (ou deformar) 
de rolinhos de solos argilosos, sem que os rolinhos se quebrem. 
 
 
1.3 Mecanismo de manifestação da plasticidade 
 
 
 Quando há uma quantidade suficiente de água atuante como lubrificante nos 
solos finos, as partículas finas podem deslizar uma sobre as outras; Assim sendo, há 
manifestação da plasticidade. 
 
OBS. Caso a quantidade de água adicionada ao solo for maior que a necessária 
para manifestação da plasticidade, então será formada uma mistura com 
características de fluido viscoso. Assim sendo, o solo deixa de ser plástico e passa a 
ter características de um líquido. 
 3
2 Estados de consistência 
 
 
 Como já dito anteriormente, consistência pode ser compreendida como 
firmeza ou solidez de um material. 
 
 Bem, em função da quantidade de água presente no solo, têm-se 4 (quatro) 
estados de consistência no solo, os quais em ordem decrescente de teor de 
umidade são: 
 
a) Estado de consistência líquido 
 
 No estado de consistência líquido, o solo apresenta características de um 
líquido, isto é, o solo não apresenta resistência ao cisalhamento, e apresenta 
aparência de fluido viscoso. 
 
b) Estado de consistência plástico 
 
 No estado de consistências plástico, o solo apresenta plasticidade, ou seja, 
o solo pode ser moldado sem ocorrer variações volumétricas apreciáveis, e sem 
ocorrer ruptura. 
 
c) Estado de consistência semi-sólido 
 
 No estado de consistência semi-sólido, o solo tem aparência de um sólido, 
mas ainda passa por variações de volume ao ser secado; e também desmancha ao 
ser trabalhado. 
 
OBS. Sólido pode ser entendido como um estado em que um corpo se mantém 
compacto, e não pode ser moldado com as mãos. 
 
d) Estado de consistência sólido 
 
 No estado de consistência sólido, o solo tem aparência de um sólido, e não 
sofre variação de volume ao ser secado. 
 
 
3 Limites de consistência 
 
 
 Os limites de consistência do solo são limites existentes entre os estados de 
consistência do solo, ou seja, são as fronteiras entre os estados de consistência do 
solo. 
 Os limites de consistência correspondem a teores de umidade do solo, e 
correspondem à passagem de um estado de consistência para outro. Assim sendo, 
têm-se os seguintes limites de consistência: 
 
a) LL ou limite de liquidez Î Corresponde à passagem do estado de consistência 
líquido para estado de consistência plástico. 
 
 4 
b) LP ou limite de plasticidade Î Corresponde à passagem do estado de 
consistência plástico para o estado de consistência semi-sólido. 
 
c) LC ou limite de contração Î Corresponde à passagem do estado de 
consistência semi-sólido para o estado de consistência sólido. 
 
OBS. Os limites de consistência são também conhecidos como limites de Atterberg, 
que foi o primeiro pesquisador que se preocupou em estabelecê-los. 
 
 A Figura 3.1 mostra uma relação geral, elucidativa (ou esclarecedora), que 
relaciona: os limites de consistência, os estados de consistência, o volume do solo, e 
a resistência ao cisalhamento do solo. 
 
 
 
Figura 3.1 - Relação geral, elucidativa, que relaciona: os limites de 
consistência, os estados de consistência, o volume do solo, e 
a resistência ao cisalhamento do solo 
 
OBS. Com base na Figura 3.1, é possível compreender os deslizamentos de solo 
nos períodos de chuva. Pois, nos períodos de chuva, os solos argilosos aumentam o 
seu teor de umidade e diminuem a sua resistência ao cisalhamento. Além disso, nos 
períodos de chuva os solos absorvem água e ficam mais pesados o que facilita 
ainda mais os deslizamentos. 
 
 
 5
4 Índice de plasticidade 
 
4.1 Importância e definição do índice de plasticidade 
 
 
 O índice de plasticidade é de grande utilidade para classificação dos solos. 
Além disso, o índice de plasticidade indica a maior ou menor plasticidade do solo. 
 
 O índice de plasticidade é definido pela seguinte equação: 
 
 
 (4.1) 
em que: 
 IP = índice de plasticidade; 
 LL = limite de liquidez; e 
 LP = limite de plasticidade. 
 
 Fisicamente, o índice de plasticidade (IP) representa a quantidade de água, 
que seria necessário acrescentar a um solo, para que o solo passe do início do 
estado plástico (LP) para o início do estado líquido (LL). 
 
 
4.2 Classificação da plasticidade dos solos de acordo com o IP 
 
 
 A Tabela 4.1 mostra a classificação dos solos quanto à plasticidade de 
acordo com o IP. 
 
 
Tabela 4.1 - Classificação dos solos quanto à plasticidade de acordo com o IP 
 
 
 
 
4.3 Comentários finais quanto ao índice de plasticidade (IP) 
 
 
 Quanto maior o IP (índice de plasticidade) de um solo argiloso mais 
compressível é o solo argiloso. Assim sedo, solos com altos valores de IP 
apresentam elevados recalques (ou afundamentos) ao serem carregados. 
 
 Quando o material não tem plasticidade, por exemplo, uma areia; Então, 
considera-se o índice de plasticidade nulo, e escreve-se IP = NP (material não 
plástico) na folha do relatório de ensaio no laboratório. 
 
 
 
Tipo de solo Índice de plasticidade (IP)
Fracamente plástico 1 < IP < 7
Medianamente plástico 7 < IP < 15
Altamente plástico IP > 15
LPLLIP −=
 6 
5 Índice de consistência 
 
5.1 Importância e definição do índice de consistência 
 
 
 O índice de consistência serve para determinar o grau de consistência de 
um solo, em função do teor de umidade que o solo se encontra. 
 
 O índice de consistência de um solo é definido pela seguinte equação: 
 
 (5.1) 
 
em que: 
 IC = índice de consistência; 
 LL = limite de liquidez (%); 
 LP = limite de plasticidade (%); e 
 W = teor de umidade do solo, ou umidade que se encontra a amostra (%). 
 
 
5.2 Relação existente o índice de consistência (IC), o grau de consistência das 
argilas, e a resistência à compressão simples(RCS) 
 
 
 A Tabela 5.1 mostra a relação existente entre o índice de consistência (IC), o 
grau de consistência das argilas, e a resistência à compressão simples (RCS). 
 
Tabela 5.1 - Relação existente entre o índice de consistência (IC), o grau de 
consistência das argilas, e a resistência à compressão simples 
(RCS) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IC < 0 muito mole RCS < 0,25
0 < IC < 0,50 mole 0,25 < RCS < 0,50
0,50 < IC < 0,75 médias 0,50 < RCS < 1
0,75 < IC < 1,00 rijidas 1 < RCS < 4
IC > 1,00 duras RCS > 4
Grau de consistência da 
argila RCS (kgf/cm
2)
Índice de consistência do 
solo (IC)
LPLL
WLLIC −
−=
 7
6 Ensaios para determinação dos limites de consistência 
 
6.1 Introdução aos ensaios utilizados para determinar os limites de 
consistência dos solos 
 
 
 Os ensaios utilizados para determinar os limites de consistência do solo são: 
 
 a) Ensaio limite de liquidez (LL); 
 b) Ensaio limite de plasticidade (LP); e 
 c) Ensaio de limite de contração (LC). 
 
 Os ensaios utilizados para determinar os limites de consistência LL e LP são 
ensaios rotineiros nos laboratórios de Mecânica dos Solos. Contudo, o ensaio LC 
(limite de contração) é um ensaio pouco utilizado. 
 
 Os ensaios LL (limite de liquidez) e LP (limite de plasticidade) são de grande 
importância, pois estes ensaios são utilizados nos sistemas de classificação dos 
solos para construção de estradas e aeroportos; os quais são: 
 
a) O sistema de classificação HRB (Highway Research Board), atual TRB; e 
b) O sistema de classificação USCS (Unified Soil Classification System). 
 
OBS. TRB significa Trasportation Research Board. 
 
 
6.2 Ensaio limite de liquidez 
 
6.2.1 Introdução ao ensaio limite de liquidez 
 
 
 Limite de liquidez é o teor de umidade corresponde à fronteira entre o estado 
líquido e o estado plástico do solo. 
 
OBS. Estado líquido é o estado em que o solo não apresenta mais resistência ao 
cisalhamento. 
 
 
6.2.2 Principais procedimentos do ensaio de limite de liquidez 
 
 
 O ensaio de limite de liquidez possui os seguintes procedimentos: 
 
i) Deposita-se na concha do aparelho de Casagrande, uma porção úmida de solo 
que passa na peneira n.o 40, até preencher, aproximadamente, 2/3 (dois terços) da 
concha; 
ii) Na sequência, faz-se uma ranhura no solo com um cinzel, e em seguida, gira-se a 
manivela do aparelho de Casagrande na razão de duas revoluções por segundo; 
iii) O impacto da concha contra a base do aparelho faz com que a ranhura feita com 
o cinzel se feche; 
 8 
iv) Então, anota-se o número de golpes necessários para fechar, aproximadamente, 
12 mm da ranhura, e determina-se o teor de umidade do solo; 
 
OBS. O solo retirado para determinação do teor de umidade deverá ser o solo 
retirado do local, onde a ranhura se fechou, aproximadamente, 12 mm. 
 
v) Em seguida, acrescenta-se água destilada a massa de solo, e repete-se o 
processo descrito de i a iv, pelo menos mais 3 (três) vezes; De modo que cubra um 
intervalo de pontos de 15 a 35 golpes da concha; 
vi) Após determinação dos teores de umidade correspondentes aos números de 
golpes, traça-se o gráfico teor de umidade versus número de golpes necessários 
para fechar, aproximadamente, 12 mm da ranhura; e 
vii) Finalmente, o teor de umidade correspondente a 25 golpes da concha para 
fechar a ranhura no solo será o limite de liquidez (LL). 
 
 A Figura 6.1 ilustra um gráfico usado na determinação do limite de liquidez. 
 
 
 
 
Figura 6.1 - Exemplo de um gráfico usado na determinação do limite de 
liquidez 
 
 
 A Figura 6.2 mostra um aparelho de Casagrande utilizado nos ensaios de 
limite de liquidez. 
 
 A Figura 6.3 ilustra as 3 (três) fases do ensaio LL, ou seja: 
 
Æ (a) concha com solo, antes da ranhura com o cinzel, 
Æ (b) concha com solo, após a ranhura com o cinzel, e 
Æ (c) concha com solo, após o fechamento da ranhura devido aos golpes com a 
concha no aparelho de Casagrande. 
 
 
 
 
 
 9
 
 
Figura 6.2 - Aparelho de Casagrande utilizado nos ensaios de limite de liquidez 
(Foto de Viana, 2011) 
 
 
 
 
Figura 6.3 - As 3 (três) fases do ensaio LL (limite de liquidez) 
 
 
6.2.3 Principais equipamentos utilizados no ensaio de limite de liquidez 
 
 
 Os principais equipamentos utilizados no ensaio de limite de liquidez são: 
 
a) Estufa com termostato regulador, capaz de manter a temperatura entre 105 e 110 
oC; 
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 de Casagrande para realização de ensaio LL, completo com: cinzel de 
ranhura, e gabarito para verificação da altura de queda da concha; 
 10 
e) Balança que permita pesar nominalmente 200 g, com resolução de 0,01 g; e 
f) 7 cápsulas pequenas de alumínio, com aproximadamente 3 cm de diâmetro, para 
determinação de umidade. 
 
OBS. Além do solo, para realização do ensaio é necessário água destilada. 
Portanto, o laboratório deverá possuir um destilador de água. 
 
 
6.2.4 Padronização do ensaio de limite de liquidez 
 
 
 A norma utilizada para o ensaio é a NBR 6459 (1984) da ABNT, intitulada: 
Solo - determinação do limite de liquidez. 
 
 
6.3 Ensaio limite de plasticidade do solo 
 
6.3.1 Introdução ao ensaio limite de plasticidade 
 
 
 Limite de plasticidade é o teor de umidade correspondente à fronteira entre o 
estado plástico e o estado semi-sólido do solo. 
 
OBS(s). 
a) Estado plástico é estado no qual o material pode ser moldado sem variações 
significativas de volume; e 
b) Estado semi-sólido é o estado no qual o solo apresenta aparência de sólido (não 
pode ser moldado), mas ainda sofre variações volumétricas ao ser secado. 
 
 
6.3.2 Principais procedimentos do ensaio de limite de plasticidade 
 
 
 O ensaio de limite de plasticidade possui as seguintes características: 
 
i) No ensaio, utiliza-se solo úmido passante na peneira n.o 40; 
ii) O ensaio baseia-se na determinação do teor de umidade de pequenos rolinhos de 
3 mm de diâmetro moldados com a mão; 
iii) Inicialmente, molda-se um rolinho de solo; Se o rolinho alcançar 3 mm de 
diâmetro e não se fragmentar, deve-se amassar rolinho de solo úmido, e fazer um 
novo rolinho; 
iv) Então, durante o ensaio, se o rolinho ao alcançar 3 mm de diâmetro e se 
fragmentar por perda de umidade, o rolinho deve ser transferido para uma cápsula 
para determinação do teor de umidade solo; 
v) Bem, são moldados um mínimo de 3 (três) rolinhos, como descrito anteriormente, 
os quais têm seus teores de umidade determinados; e 
vi) Finalmente, o valor do limite de plasticidade do solo é obtido pela média de pelo 
menos 3 (três) determinações do teor de umidade, que são obtidas a partir dos 
rolinhos. 
 
 
 11
OBS(s). 
a) Devem-se considerar satisfatórios os valores dos teores de umidade obtidos no 
ensaio quando: em pelo menos três determinações, nenhum dos teores de umidade 
diferir do teor de umidade médio em mais de 5%; e 
b) O comprimento dos rolinhos de solo é aproximadamente 100 mm (10 cm). 
 
 
6.3.3 Principais equipamentos utilizados no ensaio limite de plasticidade 
 
 
 Os principais equipamentos utilizados no ensaio de limite de plasticidade 
são: 
a) Estufa com termostato regulador, capaz de manter a temperatura entre 105 e 110 
oC; 
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) Balança que permita pesar 200 g, com resolução de 0,01 g; 
e) Placa de vidro com face esmerilhada, com cerca de 30 cm de lado; 
f) Gabarito cilíndrico de comparação, com 3 mm de diâmetro com cerca de 100 mm 
de comprimento; e 
g) 5 cápsulas de alumínio pequenas, com aproximadamente 3 cm de diâmetro, para 
determinaçãode umidade. 
 
OBS. Além do solo, para realização do ensaio é necessário água destilada. 
Portanto, o laboratório deverá possuir um destilador de água. 
 
 A Figura 6.4 ilustra a moldagem de um pequeno rolo para determinação do 
limite de plasticidade (LP). 
 
 
 
 
Figura 6.4 - Moldagem de um pequeno rolo para determinação do limite de 
plasticidade (LP) (Foto de Viana, 2011) 
 12 
6.3.4 Padronização do ensaio de limite de plasticidade 
 
 
 A norma utilizada para o ensaio é a NBR 7180 (1984) da ABNT, intitulada: 
Solo - determinação do limite de plasticidade. 
 
 
6.4 Ensaio limite de contração 
 
6.4.1 Introdução ao ensaio limite de contração 
 
 
 Limite de contração é o teor de umidade correspondente à fronteira entre o 
estado semi-sólido e o estado sólido do solo. 
 
OBS(s). 
a) Estado semi-sólido é o estado no qual o solo apresenta aparência de sólido (não 
pode ser moldado), mas ainda sofre variações volumétricas ao ser secado; e 
b) Estado sólido é o estado em que o solo não pode ser moldado com as mãos, nem 
apresenta variações volumétricas ao ser secado (ou ao perder água). 
 
 
6.4.2 Principais procedimentos do ensaio de limite de contração 
 
 
 O ensaio de limite de contração possui as seguintes características: 
 
i) Inicialmente, toma-se uma amostra de cerca de 50 g de solo passado na peneira 
n.o 40 (#, malha, 0,42 mm); 
ii) Prepara-se a amostra de solo, de modo que a amostra possua um teor de 
umidade correspondente a 10 golpes do aparelho de Casagrande; 
iii) Toma-se uma parte da amostra de solo para determinar o teor de umidade (W); 
iv) Em seguida, parte do solo úmido da amostra é colocado em um recipiente de 
volume igual a V1; 
v) Na sequência, o solo no recipiente de volume V1 é secado ao ar, e depois secado 
em uma estufa, onde se forma uma pastilha de solo seco; 
vi) Após a formação da pastilha, determina-se o peso da pastilha de solo (PS); 
vii) Para medir o volume da pastilha de solo seco contraída, emprega-se o método 
do deslocamento de mercúrio; 
viii) Então, mergulha-se a pastilha de solo seco num recipiente com mercúrio; Assim 
sendo, o mercúrio do recipiente é deslocado, pela pastilha seca, para uma cápsula 
de porcelana; 
ix) Bem, o volume de mercúrio deslocado, pela pastilha de solo seco, para cápsula 
de porcelana, é igual ao volume da pastilha de solo (V2). Assim sendo, o volume de 
mercúrio é recolhido e medido em uma proveta graduada; e 
 
 
 
 
 
 
 13
x) Finalmente, o limite de contração do solo é determinado pela seguinte equação: 
 
 
 (6.1) 
 
em que: 
 LC = limite de contração do solo; 
 W = teor de umidade do solo correspondente a 10 golpes do aparelho de 
Casagrande; 
 V1 = volume da cápsula com solo úmido; 
 V2 = volume da pastilha de solo seco; 
 PS = peso da pastilha de solo seco em estufa; e 
 γW = peso específico da água. 
 
 
6.4.3 Principais equipamentos utilizados no ensaio limite de contração 
 
 
 Os principais equipamentos utilizados no ensaio limite de contração são os 
que se seguem: 
 
a) Cápsula de moldagem da pastilha; 
b) Placa de vidro com pinos; 
c) Recipiente para imersão da pastilha; 
d) Balança que permita pesar 200 g, com resolução de 0,01 g; 
e) Cápsula de alumínio para determinação da umidade; 
f) Cápsula de porcelana; 
g) Mercúrio; 
h) Espátula metálica; 
i) Aparelho de Casagrande; 
j) Placa de vidro com pinos para mergulhar a pastilha de solo; 
l) Proveta graduada; e 
m) Estufa com termostato regulador, capaz de manter a temperatura entre 105 e 110 
oC. 
 
OBS. O volume da pastilha de solo seco, também pode ser determinado com base 
no peso específico do mercúrio da seguinte forma: 
 
 
 (6.2) 
 
em que: 
 V2 = volume da pastilha de solo seco; 
 PDHg = peso de mercúrio deslocado; e 
 γHg = peso específico do mercúrio = 13,6 g/cm3. 
 
 A Figura 6.5 ilustra o esquema para determinação do volume da pastilha de 
solo no ensaio LC, quando a pastilha de solo seco é mergulhada no recipiente de 
imersão da pastilha. 
 
W
S
21 .
P
VVWLC γ−−=
Hg
DHg
2
P
V γ=
 14 
 
 
Figura 6.5 - O esquema para determinação do volume da pastilha de solo no 
ensaio LC, quando a pastilha de solo seco é mergulhada no 
recipiente de imersão da pastilha 
 
 
6.4.4 Padronização do ensaio de limite de contração 
 
 
 A norma utilizada para o ensaio limite de contração é a NBR 7183 (1984) da 
ABNT, intitulada: Solo - determinação do limite e relação de contração do solo. 
 
 
Referências Bibliográficas 
 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459. Solo - 
determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro. 1984. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180. Solo - 
determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro. 1984. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7183. Solo - 
determinação do limite e relação de contração do solo. Rio de Janeiro. 1984. 
BUENO, B. S.; VILAR, O. M. Mecânica dos solos. Apostila 69. Viçosa - MG: 
Universidade Federal de Viçosa, 1980. 131p. 
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações (fundamentos). Vol. 1. 6. 
ed., Rio de Janeiro - RJ: Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., 2007. 
234p. (Bibliografia Principal) 
NOGUEIRA, J. B. (2001) Mecânica dos solos - Ensaios de laboratório. São 
Carlos - SP: Escola de Engenharia de São Carlos - USP. 248p. 
VIANA, H. M. F. Fotos dos equipamentos dos ensaios LL e LP tiradas no 
laboratório de Geotecnia da Faculdade de Tecnologia e Ciências de 
Vitória da Conquista - BA. 2011.