Limites de Consistência

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5a AULA 
LIMITES DE CONSISTÊNCIA 
 
1. Introdução 
 
Para a caracterização de um solo fino é necessário conhecer: 
 - sua granulometria e suas propriedades de plasticidade. 
 
Plasticidade: propriedade que o solo possui de ser submetido a grandes deformações 
sem sofrer ruptura ou fissuramento. 
 
estado sólido estado semi-sólido estado plástico estado líquido
umidade
LC LP LL 
Estado líquido: o solo se apresenta como um fluido denso (flui entre os dedos); não 
possui resistência ao cisalhamento. 
 
Estado plástico: o solo apresenta comportamento plástico, podendo sofrer grandes 
deformações sem apresentar rupturas ou fissuramento; perde a capacidade de fluir, 
adquirindo uma certa resistência ao cisalhamento. 
 
Estado semi-sólido: o solo mostra-se quebradiço ao ser deformado, não 
apresentando mais comportamento plástico. 
 
Estado sólido: o solo não sofre mais redução de volume com o processo de secagem, 
deixando portanto de ser saturado. 
 
Os teores de umidade limites entre os estados de consistência são chamados de 
Limites de Consistência ou de Atterberg. Recebem as seguintes denominações: limite 
de liquidez (LL), limite de plasticidade (LP) e limite de contração (LC). 
 
 
2
 
2. Determinação dos Limites de Consistência 
 
a) Limite de liquidez 
 
Utiliza-se neste ensaio o aparelho de Casagrande (prato de latão em forma de concha, 
base de ebonite, com um excêntrico ligado a uma manivela) e um cinzel 
padronizado, conforme indicado na figura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3
 
 
Procedimento 
 
• O solo a ser utilizado deve ser previamente seco ao ar, destorroado e passado na 
peneira de 0,42 mm (peneira no 40). 
• Acrescenta-se água ao solo até se obter uma pasta homogênea. 
• Transfere-se com uma espátula parte do material para a concha, moldando-o de 
forma que na parte central a espessura seja da ordem de 10 mm. Com auxílio do 
cinzel, abre-se uma ranhura na massa de solo, dividindo-a em duas partes. 
• Gira-se a manivela e conta-se o número de golpes necessários para que as bordas 
inferiores da ranhura se unam ao logo de 13 mm do comprimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Retira-se uma pequena quantidade de solo da região de contato para determinação 
da umidade. 
• Acrescentando-se água ao solo, repete-se o processo várias vezes (quanto maior o 
teor de umidade, menor o número de golpes para fechar a ranhura); obtêm-se 
assim diversos pares de valores de umidade x número de golpes. Os números de 
golpes determinados devem estar contidos na faixa de 40 a 10. 
 
 
 
 
 
4
Cálculo 
 
• Traça-se o gráfico w x log n, onde n é o número de golpes. Nesse gráfico, a 
variação da umidade com o n pode ser ajustada a uma reta. 
• O Limite de Liquidez é a umidade obtida nesse gráfico para n= 25. 
 
 
{
{
{
{
{
40
45
50
55
60
65
70
75
80
10 50
Número de golpes (log)
LL=61
25
 
 
b) Limite de Plasticidade 
 
Utiliza-se no ensaio uma placa de vidro esmerilhada e um gabarito (cilindro de aço 
com diâmetro de 3 mm de diâmetro). 
 
Procedimento 
 
• O solo a ser utilizado deve ser previamente seco ao ar, destorroado e passado na 
peneira de 0,42 mm (peneira no 40). 
• De forma a se ter a massa de solo numa umidade conveniente para início do ensaio 
de LP, toma-se cerca de 50 g do material preparado para o ensaio de LL, com teor 
de umidade correspondente a cerca de 50 golpes. 
 
 
 
 
5
 
 
• Da pasta de solo assim formada, são separadas três porções de cerca de 10 g cada 
uma. Procede-se com cada porção da forma descrita a seguir. 
• Forma-se com cada porção uma pequena “bola”, que deve ser rolada entre a palma 
da mão e a placa de vidro, com pressão suficiente da mão para lhe dar um formato 
cilíndrico; continua-se o processo de rolagem até que o cilindro atinja um 
diâmetro de 3 mm, o que se verifica comparando o seu diâmetro com o do 
gabarito. Quebra-se, então, o cilindro em diversos fragmentos; juntam-se, por 
amassamento, os fragmentos, e a “bolinha” resultante é novamente rolada entre a 
palma da mão e a placa de vidro. 
• O procedimento descrito acima é repetido diversas vezes até que, ao atingir o 
diâmetro de 3 mm, o cilindro comece a apresentar fissuras. Nesta situação, diz-se 
que o solo está no Limite de Plasticidade. Coloca-se então o material do cilindro 
em uma cápsula de alumínio para determinação da umidade. 
• O Limite de Plasticidade é tomado como sendo a média dos teores de umidade das 
3 porções submetidas ao ensaio. 
 
 
 
c) Limite de Contração 
 
Solos argilosos saturados, quando se contraem em secamento lento, alcançam um 
certo volume total mínimo sem perda da saturação; a seguir, se o processo de 
secamento prossegue, ocorre a perda de saturação, praticamente sem redução 
adicional de volume. O teor de umidade em que o solo deixa de sofrer redução de 
volume é chamado Limite de Contração. 
 
 
 
 
6
 
água
água
água água
sólidos sólidos sólidos sólidos sólidos
ar
ar
1 2 3 4 5
{
{
{{{
15
20
25
30
35
40
15 20 25 30 35 40
peso (gf)
45o
volume de água é
numericamente igual ao peso
de água
1
2
345
 
Procedimento 
• O solo a ser utilizado deve ser previamente seco ao ar, destorroado e passado na 
peneira de 0,42 mm (peneira no 40). Acrescenta-se água ao solo até atingir uma 
umidade pouco acima do LL. 
• Coloca-se o material assim preparado no interior de uma cápsula de porcelana de 
volume conhecido Vi. Deve-se evitar a infiltração de bolhas de ar no solo, quando 
de sua colocação na cápsula. 
• Determina-se o peso do solo Pi (Pi = Psolo + caps. - Pcaps.). 
• Deixa-se o solo no interior da cápsula secar em estufa. Após secagem, determina-
se o peso da “pastilha” seca de solo (Ps). 
• Determina-se o volume da pastilha Vf através da imersão em mercúrio e da 
pesagem do mercúrio deslocado:, Vf = Pf/γmerc com γmerc = 13,6gf/cm3 
 
 
7
Cálculo 
 
s
wfi
i
s
wfi
s
si
s
wfisi
s
w
P
)VV(w
P
)VV(
P
PP
P
)VV(PP
P
PLC γ−−=γ−−−=γ−−−== 
 
ou de outra forma (se o peso específico dos grãos γs é conhecido): 
 
)1
P
V(
P
)PV(
P
)VV(
P
V
P
PLC
ss
f
w
s
w
s
s
f
s
wsf
s
war
s
w
γ
−γ=
γγ−
=
γ−
=
γ
== 
 
3. Índice de Plasticidade 
 
A diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade, portanto a faixa de 
umidade na qual o solo se comporta plasticamente, é denominada de Índice de 
Plasticidade (IP). 
 
IP = LL - LP 
 
Quanto maior o IP, maior é a faixa de umidades em que o solo apresenta 
comportamento plástico. 
 
Quando o material não apresenta plasticidade (pedregulhos e areias limpos ou com 
muito pouca quantidade de finos), considera-se IP nulo e escreve-se IP = NP (não 
plástico). 
água
água ar
sólidos sólidos sólidos
Vi
Vi-Vf
Pi
Pw
Ps Ps
Vf
 
 
8
4. Exemplo de Cálculo dos Limites de Consistência 
 
Foram os seguintes os dados obtidos em ensaios de LL e LP realizados sobre o solo 
2, cuja curva granulométrica foi apresentada na 3a aula. 
 
LIMITE DE LIQUIDEZ 
no da cápsula 213 230 328 223 209 
peso úmido +cápsula (gf) 14,91 13,99 13,74 14,75 14,01 
peso seco + cápsula (gf) 13,33 12,71 12,17 12,84 12,09 
peso da cápsula (gf) 10,65 10,60 9,66 9,91 9,27 
umidade (%) 59,0 60,7 62,5 65,2 68,1 
número de golpes 50 40 32 22 16 
 
 
{
{
{
{
{
50
52
54
56
58
60
62
64
66
68
70
10 100
número de golpes25
 LL=64,4%
 
 
LIMITE DE PLASTICIDADE 
no da cápsula 303 241 184 288 263 
peso úmido +cápsula (gf) 12,32 12,87 15,43 12,84 11,80 
peso seco + cápsula (gf) 11,77 12,46 14,99 12,44 11,27 
peso da cápsula (gf) 9,86 11,05 13,43 11,02 9,42 
umidade (%) 27,92 29,08 28,21 28,17 28,65 
LP - umidade média (%) 28,4 
 
RESULTADOS OBTIDOS LL = 64% LP = 28 % IP = 36% 
 
 
9
 
5. Argilo-Minerais 
 
Argilo-minerais são os minerais constituintes mais importantes da fração argilosa dos 
solos. São três os principais grupos de argilo-minerais: caulinita, ilita e 
montmorilonita. 
 
As partículas de argila, devido a natureza dos argilo-minerais, apresentam forma 
lamelar e têm carga elétrica negativa, o que provoca a atração de cátions (Na+, K+, 
Ca++) e moléculas de água. A água que é atraída pela partícula juntamente com os 
cátions é chamada água adsorvida e a que escoa livremente nos vazios do solo é 
denominada de água livre. 
 
 
 
Na+ Na+ Na+
Na+ Na
+
Na+
partícula de argila
Na+ Na
+
Na+ Na+
distância da partícula
água adsorvida
água livre concentração de
cátions na água livre
partícula
partícula
água adsorvida
água adsorvida
água livre
 
 
 
 
10
Quanto maior a carga elétrica negativa do argilo-mineral, maior a quantidade de íons 
atraídos pela partícula e maior a espessura da camada de água adsorvida. Tem-se 
portanto uma maior capacidade de retenção de água pelo solo. 
 
 
A carga elétrica pode ser medida através da capacidade de troca catiônica (CTC). A 
tabela a seguir apresenta os valores de CTC dos principais argilo-minerais. 
 
Argilo - mineral Capacidade de troca catiônica 
(me/100g) 
caulinita 3 a 10 
ilita 25 
montmorilonita 100 
Obs.: me: miliequivalente - grama. Um equivalente - grama corresponde a 6,02x1023 
íons monovalentes (no de Avogadro). 
 
Verifica-se pelos dados da tabela que a capacidade de retenção de água cresce na 
seguinte ordem: caulinita, ilita, montmorilonita. Uma maior capacidade de retenção 
de água se traduz, no comportamento da argila, por um teor de umidade maior para a 
mesma passar do estado plástico para o estado líquido. 
 
 
montmorilonita
caulinita
distância da partícula
concentração de
cátions na água livre
 
 
 
 
11
Outro fator que interfere na quantidade de água que é atraída pela partícula é o tipo 
de cátion adsorvido. Ex.: uma montmorilonita com sódio atrai mais água do que uma 
montmorilonita com cálcio. 
 
A tabela a seguir mostra a influência significativa da natureza mineralógica da argila 
nos valores de seus limites de consistência: 
 
Argilo - mineral Íon LL (%) LP (%) IP (%) 
montmorilonita Na+ 710 54 656 
 Ca++ 510 81 429 
ilita Na+ 120 53 67 
 Ca++ 100 45 55 
caulinita Na+ 53 32 21 
 Ca++ 38 27 11 
 
Compare-se por exemplo os valores de LL e LP da montmorilonita Na+ (710% e 
54%) com os da caulinita Na++ (53% e 32%). 
 
montmorilonita com w = 600% → estado plástico 
caulinita com w = 60% → estado líquido 
 
Essa extrema diferença de comportamento se justifica pela muito maior capacidade 
de retenção de água da montmorilonita (provocada, como visto, pela sua maior carga 
elétrica negativa). 
 
5. Atividade Coloidal 
Define-se Atividade Coloidal como: 
 
AC IP
fração ila
=
% arg
 
 
onde % da fração argila é a porcentagem de material, em peso, com diâmetro < 0,002 
mm. 
 
 
12
A atividade coloidal da argila é usualmente assim classificada: 
AC<0,75 argila inativa 
0,75≤AC≤1,25 argila normal 
AC>1,25 argila ativa 
 
A atividade coloidal fornece uma indicação do tipo de argilo - mineral presente no 
solo. Tem-se: 
Caulinita pura AC ≈ 0,3 
ilita pura AC ≈ 0,9 
montmorilonita pura AC ≈ 5 
 
Exemplo: 
solo fração argilosa 
(%<0,002 mm) 
IP AC Argilo-mineral 
provável 
a 100 27% 0,27 (caulinita) 
b 50 270% 5,4 (montmorilonita) 
c 10 51% 5,1 (montmorilonita) 
 
Convém salientar que nem sempre a fração argila de um solo é constituída de um 
único argilo-mineral; ao contrário, em geral, observa-se a presença de diferentes 
tipos de argilo-minerais num mesmo solo. 
 
Como se verá em aula posterior, não se usa a curva granulométrica para classificar 
em argila ou silte a fração fina de um solo. A diversidade desses dois tipos de 
materiais é distinguida pelo seu comportamento na presença da água, empregando-se 
para este fim os limites de Atterberg. Pequenas quantidades de argilas muito ativas 
podem produzir nos solos um comportamento muito mais característico dos materiais 
reconhecidos como argilosos pelos engenheiros do que elevadas quantidades de 
outras argilas menos ativas. O solo c, por exemplo, embora só contenha 10% de 
fração argila, deve ser considerado um solo argiloso, pois apresenta elevada 
plasticidade, maior inclusive do que a apresentada pelo solo a.