Aula 3 - Estados das argilas e areias

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MECÂNICA DOS SOLOS
Prof. Douglas Cesário
Estado das argilas – Índices de consistência
Estado das areias – Grau de compacidade
Estado das argilas - Consistência
O comportamento físico dos solos de granulometria fina em relação a propriedades como compressibilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade, é relacionado à umidade da amostra, assim como a sua consistência;
A variação da consistência do solo com a umidade é tratada em termos de limites ou índices de consistência.
Segundo Terzaghi, o termo consistência refere-se ao grau de adesão entre as partículas do solo e à resistência oferecida às forças que possam deformar ou romper a massa de solo;
Segundo Milton Vargas, a consistência refere-se sempre aos solos coesivos e é definida como a maior ou menor rigidez com que uma argila (ou solos com alto teor de argila) se apresenta.
Estado das argilas - Consistência
Coesão é a atração entre constituintes de mesma origem, como exemplo, a coesão de uma molécula de água por outra molécula de água resultante da ponte de hidrogênio (ligação água-água);
Adesão é similar à coesão porém ocorre entre elementos de origem diferentes, como exemplo, a adesão entre uma molécula de água e uma partícula do solo (ligação água-sólido).
Estado das argilas - Consistência
A consistência do solo é definida como a facilidade relativa com que um solo pode ser deformado;
A consistência depende amplamente da mineralogia dos constituintes do solo, assim como do teor de umidade;
Nos solos as partículas finas são geralmente circundadas por água;
A quantidade de água no solo determina o estado de consistência do solo.
Estado das argilas - Consistência
Existem 4 estados de consistência dos solos:
Sólido;
Semi-sólido;
Plástico e
Líquido.
Os limites de Atterberg são importantes para descrever a consistência dos solos finos.
Estado das argilas - Consistência
A plasticidade é a propriedade de certos sólidos serem moldados (deformações rápidas) sem apreciável variação de volume (ou ruptura);
As propriedades da plasticidade descrevem a resposta do solo sob mudança do teor de umidade;
A resistência diminui com o aumento do teor de umidade;
O solo se expande com o aumento do teor de umidade.
Estado das argilas - Consistência
Um solo argiloso pode se apresentar em um estado líquido, plástico, semi-sólido ou sólido, dependendo de sua umidade. A este estado físico do solo dá-se o nome de consistência;
Os limites inferiores e superiores de umidade para cada estado do solo são denominados de limites de consistência.
Dependendo da quantidade de água presente no solo, teremos os seguintes estados de consistência:
Estado das argilas - Consistência
 Limites de consistência
Os limites entre um estado de consistência e outro são determinados empiricamente, sendo denominados de limite de contração (LC), limite de plasticidade (LP) e limite de liquidez (LL).
LIMITES DE ATTERBERG
Limites de consistência
Limite de Liquidez (LL): teor de umidade no qual o solo começa a se comportar como um líquido, ou seja, flui;
Limite de Plasticidade (LP): teor de umidade no qual o solo começa a se comportar como um material plástico, ou seja, deforma-se com variação volumétrica (sem fissurar-se ao ser trabalhado);
Limite de Contração (LC): teor de umidade a partir do qual reduções da umidade não acarretam redução de volume da amostra.
(LC representa a quantidade de água requerida para saturar o solo – Sr = 100%)
Determinação dos limites de consistência
A determinação dos limites de consistência é feita de forma empírica;
Inicialmente foi realizada por Atterberg, tendo sido a padronização dos ensaios realizada por Arthur Casagrande;
A determinação dos limites de consistência é normalizada pela ABNT como se segue:
NBR 6459 – Limite de liquidez
NBR 7180 – Limite de plasticidade
NBR 7183 – Limite de contração
Limite de liquidez (NBR 6459)
Limite de liquidez (NBR 6459)
Coloca-se na concha do aparelho de Casagrande uma pasta de solo passante na peneira #40 (0,42 mm) e com umidade próxima de seu limite de plasticidade.
Faz-se um sulco na pasta com um cinzel padronizado.
Limite de liquidez (NBR 6459)
3. Aplicam-se golpes à massa de solo posta na concha do aparelho de Casagrande, girando-se uma manivela, a uma velocidade padrão de 2 golpes por segundo.
Esta manivela é solidária a um eixo, que possui um excêntrico, e faz com que a concha do aparelho de Casagrande caia de uma altura padrão de aproximadamente 1 cm.
Limite de liquidez (NBR 6459)
4. Conta-se o número de golpes necessários para que a ranhura de solo se feche em uma extensão em torno de 1 cm (13 mm).
5. Repete-se este processo ao menos 5 vezes, geralmente empregando-se valores de umidade crescentes.
Limite de liquidez (NBR 6459)
Limite de liquidez (NBR 6459)
Limite de liquidez (NBR 6459)
6. Lançam-se os pontos experimentais obtidos num gráfico teor de umidade versus log n° de golpes.
7. Ajusta-se uma reta passando por esses pontos. O limite de liquidez corresponde à umidade para a qual foram necessários 25 golpes para fechar a ranhura de solo.
Limite de plasticidade (NBR 7180)
1. Prepara-se uma pasta com o solo que passa na peneira #40, fazendo-a rolar com a palma da mão sobre uma placa de vidro esmerilhado, formando um pequeno cilindro.
2. Quando o cilindro de solo atingir o diâmetro de 3 mm e apresentar fissuras, mede-se a umidade do solo.
Limite de plasticidade (NBR 7180)
Limite de plasticidade (NBR 7180)
3. Esta operação é repetida pelo menos 5 vezes. Os valores obtidos de umidade serão considerados satisfatórios quando, de pelo menos três, nenhum deles diferir da respectiva média de mais de 5 %.
O limite de plasticidade será o valor médio de pelo menos três valores considerados satisfatórios.
Se não for possível obter o cilindro com 3 mm de diâmetro, a amostra dever ser considerada como não apresentando limite de plasticidade (NP).
Limite de contração (NBR 7183)
“Embora o limite de contração tenha sido amplamente usado durante os anos 1920, muitas incertezas na sua determinação o levaram a não ser mais comumente usado”. (Holtz e Kovacs, 1981)
LC não será abordado.
Os valores de LL e LP são de uso mais corriqueiro na engenharia geotécnica.
Índice de plasticidade (IP)
É uma maneira de se avaliar a plasticidade de um solo;
O IP corresponde à faixa de valores de umidade do solo na qual ele se comporta de maneira plástica;
Pode-se definir o IP como a diferença numérica entre os valores do limite de liquidez e do limite de plasticidade.
Índice de consistência (IC)
É uma forma de medirmos a consistência do solo no estado em que se encontra em campo.
Índices de Atterberg de alguns solos brasileiros
Estimativa da consistência das argilas
Exercício 1 – índices de consistência
Para determinar o índice de consistência de uma argila, utilizou-se uma amostra indeformada. Os ensaios realizados e seus respectivos resultados estão listados abaixo.
Teor de umidade natural: 50 %
Limite de liquidez: LL = 60 %
Limite de plasticidade: LP = 35 %
Como descrever a consistência desse solo?
Exercício 1 – índices de consistência
Solução:
Exercício 2 – índices de consistência
Ensaios de caracterização de dois solos indicaram que o solo A tinha LL = 70 e IP = 30, enquanto o solo B tinha LL = 55 e IP = 25. Amostras desses dois solos foram amolgadas e água foi adicionada de forma que os dois ficassem com teor de umidade de 45 %. É possível prever qual dos dois solos ficará mais consistente nesse teor de umidade?
Exercício 2 – índices de consistência
Exercício 3 – índices de consistência
Um solo argiloso foi classificado em um perfil de sondagem como “argila de consistência mole”. Sobre uma amostra deste solo, coletada durante a sondagem, foram realizados ensaios de consistência em laboratório e obtidos os seguintes dados: teor de umidade de 53 %, limite de liquidez de 75 % e limite de plasticidade de 40 %. Verificar se a classificação prévia está correta.
Exercício 3 – índices de consistência
A argila ensaiada tem consistênciamédia. Sendo assim, a classificação prévia está incorreta.
Estado das areias - Compacidade
O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios.
 para se saber o estado é necessário comparar o e com emáx e emín .
 emáx e emín são obtidos em laboratório (NBR 12004 e NBR 12051).
Os índices de vazios máximos e mínimos dependem das características da areia. 
Valores típicos de índices de vazios de areias:
	Descrição da areia	emín	emáx
	Areia uniforme de grãos angulares	0,70	1,10
	Areia bem graduada de grãos angulares	0,45	0,75
	Areia uniforme de grãos arredondados	0,45	0,75
	Areia bem graduada de grãos arredondados	0,35	0,65
Estado das areias - Compacidade
Estado das areias - Compacidade
Estado das areias - Compacidade
Estado das areias - Compacidade
Estando as duas areias com e = 0,65. Qual areia é mais compacta?
COMPACIDADE RELATIVA
Maior o CR; mais compacta é a areia
CR_A = 0,83
CR_B = 0,166
EXERCÍCIO
Estado das areias - Compacidade
Quanto maior a CR, mais compacta é a areia.
	CLASSIFICAÇÃO	CR
	Areia fofa	abaixo de 0,33
	Areia de compacidade média	entre 0,33 e 0,66
	Areia compacta	acima de 0,66
Em geral as areias compactas apresentam:
 
 maior resistência;
 deformabilidade.
min
max
max
e
e
e
e
CR
nat
-
-
=