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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA SETOR DE CIENCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS AUGUSTO ARAUJO VUITIK KAROLINA MAIA THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS WILLIAN DA MAIA LIMITES DE ATTERBERG PONTA GROSSA MAIO/2014 AUGUSTO ARAUJO VUITIK KAROLINA MAIA THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS WILIAN DA MAIA LIMITES DE ATTERBERG Relatório apresentado à disciplina de Ensaios e Caracterização de Materiais do Curso de Engenharia de Materiais, 3ª série, da Universidade Estadual de Ponta Grossa – UEPG. Prof. Cláudia Francine Machado Canova PONTA GROSSA MAIO/2014 2 SUMÁRIO 1 OBJETIVOS ..................................................................................................... 3 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 3 2.1 DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) ........................................... 5 2.2 DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE PLASTICIDADE: ........................................ 6 3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................... 6 3.1 MATERIAIS ...................................................................................................... 6 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ............................................................... 7 3.2.1 Limite de Liquidez (LL) ..................................................................................... 7 3.2.2 Limite de Plasticidade (LP) ............................................................................... 8 3.2.3 Índice de Plasticidade (IP) ................................................................................ 8 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 8 4.1 LIMITE DE LIQUIDEZ ...................................................................................... 8 4.2 LIMITE DE PLASTICIDADE ........................................................................... 10 4.3 ÍNDICE DE PLASTICIDADE .......................................................................... 10 5 CONCLUSÃO ................................................................................................ 11 3 1 OBJETIVOS Determinar o limite de liquidez (LL) da Argila SV, o limite de plasticidade (LP) do mesmo material e calcular o índice de plasticidade do material. 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Os materiais cerâmicos, em especial as argilas, que são os principais componentes do solo, apresentam certa plasticidade quando misturados com água. A plasticidade é um parâmetro que está relacionado intrinsecamente à própria argila, ao seu teor de umidade e à sua quantidade na preparação de massas cerâmicas. A plasticidade é a propriedade de solos finos, entre largos limites de umidade, de se submeterem a grandes deformações permanentes, sem sofrer ruptura, fissuramento ou variação de volume apreciável. [1] A plasticidade é a propriedade segundo a qual o corpo se deforma sob a ação de uma força e conserva essa deformação após cessada essa ação. Nas argilas a plasticidade depende da quantidade de água. Quanto mais água, até certo ponto, maior a plasticidade. A partir desse ponto a argila se torna um líquido viscoso. Quanto mais pura a argila, mais plástica a mistura com água. Quando esta é impura, adiciona-se um elemento para melhorar a plasticidade. Quanto maior a quantidade de ar, menor a plasticidade. Submetendo-se a argila ao tratamento de vácuo, melhora-se a plasticidade. Quanto maior a temperatura, menor plasticidade porque se diminui a quantidade de água. Diminuindo-se a quantidade de desengordurantes, aumenta-se a plasticidade. [2] O grau de deformação de uma pasta de argila, até entrar em rotura, aumenta progressivamente até determinado valor em função do conteúdo em água. A água, em quantidade adequada, funciona como um lubrificante que facilita o deslizamento das partículas umas sobre as outras sempre que uma tensão superficial é aplicada. Os principais fatores que afetam a plasticidade são a mineralogia, granulometria, forma dos cristais, carga elétrica dos cristais e o estado de desfloculação da argila. [3] 4 O índice de plasticidade das argilas é feita indiretamente através da medição de outras propriedades existindo vários instrumentos para isto. Atterberg definiu os limites de retração, plasticidade e liquidez das argilas dividindo os valores de umidade. A diferença entre os limites de plasticidade e liquidez é considerada com o índice de plasticidade de Atterberg. [4] De uma maneira geral, os solos apresentam certa consistência em relação à quantidade de água que possuem. Essa consistência pode ser sólida, semi-sólida, plástica ou a de um fluido denso. O solo muito úmido comporta-se como um líquido, e quando perde essa característica, este adquire plasticidade. Perdendo mais água ainda o solo apresenta um comportamento quebradiço. Estes são os limites de Atterberg, e estão ilustrados na Figura 1 [1]: Figura 1 – Limites de Atterberg Fonte: [1] O limite de liquidez é o teor de umidade no qual o solo fecha a ranhura com o impacto de 25 golpes. Como não se consegue esse limite com precisão através de tentativas, coloca-se os pontos obtidos um gráfico onde o eixo das abscissas corresponde ao log do número de golpes e a ordenada a umidade, ajusta-se uma reta com estes pontos e graficamente determina-se o limite de liquidez. [5] O ideal é tentar obter uma umidade com o fechamento da ranhura próximo à 25 golpes, duas com número de golpes acima de 25 e duas abaixo. Alguns autores admitem a utilização de pelo menos três pontos para o ajuste da reta. Para solos que já foram exaustivamente ensaiados, onde se pode estimar a inclinação da reta, é possível determinar apenas um ponto e com isso traçar a curva. [5] 5 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) - MB-31. O LP pode ter valor de 0 a 100 (ou mais), mas a maioria dos solos tem LP menor que 40. [6] Índice de Plasticidade (IP): Ajuda a definir a plasticidade de um solo; é a diferença entre os limites de liquidez e de plasticidade. É definido pela equação 1. – (Equação 1) É muito útil para a classificação dos solos finos. 2.1 DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) Para determinar-se o limite de liquidez de um material cerâmico deve-se fazer o uso de um aparelho de Casagrande, o qual é ilustrado na figura 2. (1) Figura 2 – Esquema do aparelho de Casagrande com a mistura de material cerâmico com água e já realizada sua ranhura. Fonte: [1] 6 2.2 DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE PLASTICIDADE: O limite de plasticidade é o extremo inferior do intervalo de variação do teor de umidade no qual o solo apresenta comportamento plástico. O equipamento necessário à realização do ensaio é muito simples tendo-se, apenas, uma placa de vidro com uma face esmerilhada e um cilindro padrão com 3 mm de diâmetro. O ensaio inicia-se rolando, sobre a face esmerilhada da placa, uma amostra de solo com um teor de umidade inicial próximo do limite de liquidez, até que, duas condições sejam, simultaneamente, alcançadas: o rolinho tenhaum diâmetro igual ao do cilindro padrão e o aparecimento de fissuras (inicio da fragmentação). O teor de umidade do rolinho, nesta condição, representa o limite de plasticidade do solo. O ensaio é normalizado pela NBR 7180/82, conforme a figura 3. [1] Figura 3 – Determinação do limite de plasticidade. Fonte: [1] 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 MATERIAIS 800 g de Argila SV desaglomerada; Almofariz e pistilo; Peneira de 60 Mesh; Balança analítica; Estufa; Bequer; Placas de Petri; Espátula; Água; Aparelho de Casagrande; Vidro Esmerilhado; Graxa e estopa; Papel para limpeza. 7 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.2.1 Limite de Liquidez (LL) A amostra de Argila SV foi preparada, através do processo de moagem do material, e passagem por peneira com malha 60 mesh. Então, durante o procedimento experimental, adicionaram-se quantidades de água à argila de modo a verificar seu comportamento plástico. Adicionou-se quantidades de água ao pó da argila SV, homogeneizando com o auxilio de uma espátula, a fim de obter uma pasta homogênea e consistente. Transferiu-se parte da mistura para a concha do aparelho Casagrande, moldando-a na parte central até atingir uma espessura de 10 mm. Abriu-se uma ranhura na parte central da massa passando o cinzel, com direção perpendicular à articulação da concha do aparelho Casagrande. Feita a ranhura na massa, realizou-se o ensaio propriamente dito. Com o giro da manivela, tentou-se efetuar dois golpes por segundo. O processo de fechamento da massa plástica iniciou-se, e se deu até que as bordas inferiores da ranhura se unam ao longo de aproximadamente 13 mm de comprimento (largura do cinzel), e anotou-se o número de golpes dados para que isto ocorra. Então, transferiu-se uma pequena amostra presente na concha do aparelho Casagrande (da região que se uniu aproximadamente 2 cm²) para uma placa de petri para ser aferido o peso úmido Balança analítica. Após secagem por 24 horas em estufa, pesou-se novamente, e obteve-se a massa seca. O procedimento foi repetido mais quatro vezes, para que fosse possível a construção de uma reta com os valores obtidos. 8 3.2.2 Limite de Plasticidade (LP) Separou-se uma quantidade da amostra preparada e formou-se uma pequena esfera, a qual foi rolada sobre uma superfície cerâmica (vidro esmerilhado) com uma leve pressão, utilizando a palma da mão, para lhe dar forma de um cilindro alongado. O padrão adotado foi de 10 cm de comprimento e 0,3 cm de diâmetro. Quando a conformação do cilindro com as dimensões citadas for realizada, deve-se então, refazer a esfera e repetir a rolagem sobre o vidro até que haja fissuras no cilindro com dimensões próximas as do gabarito de comparação, de modo que a continuidade do processo ponha em risco a integridade estrutural da mistura. Quando rompido, mediu-se a massa em balança analítica e então se transferiu os fragmentos da argila com umidade para a estufa, e após seca mediu-se sua massa seca. Este procedimento foi repetido cinco vezes para obter um valor de umidade com maior precisão. O teor de umidade do cilindro, nesta condição, representa o limite de plasticidade do solo. 3.2.3 Índice de Plasticidade (IP) Então com os procedimentos finalizados, efetuou-se o calculo do índice de plasticidade (IP) pela Equação 1. 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO A massa plástica de argila obtida foi utilizada para determinar o Limite de Liquidez com o auxílio do Dispositivo de Casagrande, e também o Limite de Plasticidade, utilizando a técnica de Atterberg. 4.1 LIMITE DE LIQUIDEZ Para a determinação do Limite de Liquidez foram consideradas cinco medições. De acordo com a técnica utilizada, cada amostra de argila necessitou de um número de golpes do dispositivo de Casagrande para que fosse novamente unida. A tabela abaixo relaciona as amostras, seus pesos úmido e seco, bem como 9 a quantidade de golpes que sofreram. Os dados estão organizados em ordem crescente do número de golpes para que seja feito o ajuste linear dos dados. Tabela 1. Dados coletados para o cálculo do Limite de Liquidez. Amostra Golpes Massa úmida (g) Massa seca (g) Umidade 5 15 4,1667 2,68 55,47% 3 22 4,1303 2,68 54,12% 4 25 3,9045 2,56 52,52% 2 35 2,8315 1,88 50,61% 1 70 4,9573 3,28 51,14% Calculando o logaritmo do número de golpes é possível ajustar uma reta que relaciona o número de golpes com o teor de umidade na amostra. Tal ajuste [7] pode ser verificado no gráfico abaixo: Gráfico 1: Ajuste de reta para o limite de liquidez da argila SV. Do gráfico acima é possível obter a seguinte equação da reta: Substituindo o valor do logaritmo de 25 golpes em , é possível determinar o Limite de Liquidez para a argila SV. Dessa forma, este limite será de 53,20% y = -0,0678x + 0,6268 50,00% 51,00% 52,00% 53,00% 54,00% 55,00% 56,00% 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 T e o r d e U m id a d e Log do número de golpes Ajuste do Limite de Liquidez Função Real Função Ajustada 10 4.2 LIMITE DE PLASTICIDADE O Limite de Plasticidade é calculado considerando o teor de umidade médio obtido durante o ensaio, conforme a massa cerâmica vai sendo enrolada e seca. O processo foi realizado em 5 etapas, enumeradas na tabela abaixo: Tabela 2: Determinação do limite de plasticidade. LIMITE DE PLASTICIDADE Amostra Massa úmida (g) Massa seca (g) Teor de umidade 1 1,185 0,87 36,21% 2 2,398 1,85 29,62% 3 1,0425 0,82 27,13% 4 1,099 0,86 27,79% 5 1,1002 0,85 29,44% VALOR MÉDIO 30,04% Com isso, diz-se que a argila possui um limite de plasticidade de 30,04%. 4.3 ÍNDICE DE PLASTICIDADE Por fim, o índice de plasticidade é o parâmetro utilizada para classificar e comparar a argila quanto ao seu comportamento quando são modificadas as quantidades de água. Esse índice leva em conta os dois limites de Atterberg, de Liquidez e de Plasticidade. Por ter o Índice de Plasticidade maior que 15, a argila SV é considerada altamente plástica. 11 5 CONCLUSÃO 12 REFERÊNCIAS [1] Notas de Aula – Mecânica dos Solos. Disponível em: <ftp://ftp.cefetes.br/cursos /Transportes/CelioDavilla/Solos/Literatura%20complementar/Notas%20de%20aula/u nidade_4.pdf>. Acesso em: 27 Maio 2014 [2] Propriedades da Cerâmica. Disponível em: <http://www.arq.ufsc.br/arq5661/Ce ramicos/plasticidade.html>. Acesso em 27 Maio 2014 [3] Meira, J. L. M. – “Argilas o que são? Suas propriedades e aplicações. [4] CORREIA, S.L. et. al., Modelagem estatística da plasticidade Pfefferkorn de massas cerâmicas triaxiais utilizando delineamento de misturas em rede simplex. In: Congresso brasileiro de Engenharia e ciência dos materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, p. 542, Novembro, 2002. [5] LABORATÓRIO DE GEOTECNIA (UFBA). Limites de Atterberg. Disponível em:<http://www.geotecnia.ufba.br/?vai=Extens%E3o/Ensaios%20de%20Laborat%F3 rio/Limites%20de%20Atterberg/Limite%20de%20Plasticidade>. Acesso em 27 Maio 2014 [6] Alves, L. M., Plasticidade e Consistência dos Solos. Disponível em: <http://lucasmaximoalves.files.wordpress.com/2010/03/mecsolosiaula4plasticidadeec onsistenciadosolo.pdf>. Acesso em 27 Maio 2014 [7] IFUSP. Planilha para ajuste de reta pelo método dos mínimos quadrados (v.1.2). Stoa Social, 2011. Disponivel em: <http://social.stoa.usp.br/fep0114/planilha-para- ajuste-de-reta-mmq>.Acesso em: 22 Maio 2014.