MecSolos_Aula03_20OUT2016_v2003

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- Índices de Consistência (Limites de Atterberg)
- Atividade e Sensitividade das Argilas
- Estado das Areias (Compacidade) e Estado das Argilas (Consistência)
Professor:
Giuliano Bordin Trindade
São José dos Campos, 20 de Outubro de 2016
Mecânica dos Solos
Aula 03 
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
“JULIO DE MESQUITA FILHO”
 Definições do Curso: Pendentes para Validação com Alunos
 Cronograma: Geral e Reposição de Aulas (?) – 1 aula (50 min) a mais por 
aula? (necessita compensar 8 aulas – 4 dias – para não entrar em Janeiro)
 Aula 03: Teórica (20/10/2016)
 Índices de Consistência (Limites de Atterberg) 
 Limite de Liquidez, Limite de Plasticidade e Índice de Plasticidade
 Atividade das Argilas
 Aula Prática 02 -Turma A: Prática (21/10/2016)
 Determinação da densidade natural e densidade dos grãos (picnômetro)
 Aula Prática 01 -Turmas A e B
 Entrega relatório: 04/nov/2016
Conteúdo
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 DAS, Braja M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. 7ª. Ed., 
Cengage, 2012.
Bibliografia Complementar – Aula 03
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 “... para a mesma porcentagem de fração argila, o solo pode ter 
comportamento muito diferente, dependendo das 
características dos minerais presentes.” (Pinto, 2003)
 Por que mesmo?
 O estudo dos minerais-argilas é muito complexo, devido a diversos fatores 
que interferem no comportamento do solo (superfície específica, interação 
química, por exemplo)
 À procura de uma forma mais prática de identificar a influência das 
partículas argilosas, a Engenharia substituiu-a por uma análise indireta, 
baseada no comportamento do solo na presença de água.
 Generalizou-se o emprego de ensaios e índices propostos pelo engenheiro 
químico Atterberg (Liquidez e Plasticidade), adaptados e padronizados pelo 
professor de Mecânica dos Solos, Arthur Casagrande.
Índices de Consistência (Limites de Atterberg)
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 Os limites baseiam-se na constatação de que um solo argiloso se comporta 
com aspectos bem distintos conforme qual de suas propriedades? 
 O seu teor de umidade. 
 Quando muito úmido, ele se comporta como um líquido; quando perde 
parte de sua água, fica plástico; e quando mais seco, torna-se quebradiço. 
 Os teores de umidade correspondentes às mudanças de estado, são 
definidos como: Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP) dos 
solos.
 Os Índices de Atterberg indicam a influência dos finos argilosos no 
comportamento do solo, entretanto, os índices determinados são também 
função da areia presente.
Índices de Consistência (Limites de Atterberg)
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 A diferença entre LL e LP indica a faixa de valores em que o solo se 
apresenta plástico, e é definida como o Índice de Plasticidade (IP) do 
solo (Figura 3.1).
 Em condições normais, só são apresentados os valores do LL e do IP 
como índices de consistência dos solos. 
 O LP só é empregado para a determinação do IP.
Índices de Consistência (Limites de Atterberg)
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FIG 3.1 Limites de Atterberg dos solos (Pinto, 2003)
 Limite de Liquidez (LL): definido como o teor de umidade do solo 
com o qual uma ranhura nele feita requer 25 golpes para se fechar 
numa concha, como ilustrado na Figura 3.2. (ensaio padronizado pela 
NBR 6459).
 Limite de Plasticidade (LP): definido como o menor teor de umidade 
com o qual se consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro, 
rolando-se o solo com a palma da mão. O procedimento é 
padronizado no Brasil pelo Método NBR 7180.
Índices de Consistência (Limites de Atterberg)
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Figura 3.2. Esquema do aparelho de 
Casagrande para a determinação do LL 
(Pinto, 2003).
Tabela 3.1 Índices de Atterberg, de alguns solos brasileiros (Pinto, 
2003).
Índices de Consistência (Limites de Atterberg)
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Emprego dos índices de consistência
 Os índices de consistência mostram-se muito úteis para a identificação dos solos e sua 
classificação. Dessa forma, com o seu conhecimento, pode-se prever muito do 
comportamento do solo, sob o ponto de vista da Engenharia, com base em experiência 
anterior. 
 1ªcorrelação (Terzaghi), resultante da observação de que os solos são tanto mais 
compressíveis (sujeitos a recalques) quanto maior for o seu LL: Cc = 0,009.(LL-10) 
 De maneira análoga, diversas correlações empíricas são apresentadas, muitas vezes 
com uso restrito para solos de uma determinada região ou de uma certa formação 
geológica.
 IMPORTANTE! Os Índices de Atterberg são uma indicação do tipo de partículas 
existentes no solo. Dessa forma, eles representam bem os solos em que as partículas 
ocorrem isoladamente, como é o caso dos solos transportados. "Dessa maneira, é de se 
esperar que as correlações estabelecidas com base em comportamento de solos 
transportados não se apliquem adequadamente a solos saprolíticos e lateríticos, que 
ocorrem em regiões tropicais. Correlações específicas a esses solos devem ser 
estabelecidas
Índices de Consistência (Limites de Atterberg)
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 Certos solos com teores elevados de argila podem apresentar índices mais 
baixos do que aqueles com pequenos teores de argila. Isto pode ocorrer 
porque a composição mineralógica dos argilominerais é bastante variável. 
 Pequenos teores de argila e altos índices de consistência indicam que a 
argila é muito ativa. 
 Solos de mesma procedência, com o mesmo mineral-argila, mas com 
diferentes teores de areia, apresentarão índices diferentes, tanto maiores 
quanto maior o teor de argila, numa razão aproximadamente constante. 
 Quando se quer ter uma ideia sobre a atividade da fração argila, os índices 
devem ser comparados com a fração argila presente. É isso que mostra o 
índice de atividade de uma argila, definido na relação.
Atividade das Argilas
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 Quando se quer ter uma ideia sobre a atividade da fração argila, os 
índices devem ser comparados com a fração argila presente, através da 
relação:
 Argila presente num solo é considerada:
o Normal: quando seu índice de atividade situa-se entre 0,75 e 1,25. 
o Inativa: quando o índice é menor que 0,75.
o Ativa: quando o índice é maior que 1,25.
Atividade das Argilas
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Estado das Areias - Compacidade
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• O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios. 
Este dado isolado, entretanto, fornece pouca informação sobre o comportamento 
da areia, pois, com o mesmo índice de vazios, uma areia pode estar compacta e 
outra fofa. 
• Se uma areia pura, no estado seco, for colocada cuidadosamente em um recipiente, 
vertida através de um funil com pequena altura de queda, por exemplo, ela ficará 
no seu estado mais fofo possível (índice de vazios máximo).
• Ao vibrar-se uma areia dentro de um molde, ela ficará no seu estado mais compacto 
possível (índice de vazios mínimo). 
• Os índices de vazios máximo e mínimo dependem das características da areia. 
• IMPORTANTE: Os valores são tão maiores quanto mais angulares os grãos 
e quanto mais mal graduadas as areias (Tabela 3.2).
Estado das Areias - Compacidade
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Tabela 3.2. Valores típicos de índices de vazios de areias (Pinto, 2003)
• O estado de uma areia, ou sua compacidade, pode ser expresso pelo índice de 
vazios em que ela se encontra, em relação a esses valores extremos, pelo índice de 
compacidade relativa (CR):
• Quanto maior a CR, mais compacta é a areia. 
Estado das Areias - Compacidade
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Tabela 3.3. Classificação das areias segundo a compacidade (Pinto, 2003)
• IMPORTANTE: Em geral, areias compactas apresentam maior resistência e menor 
deformabilidade. Essas características, entre as diversas areias, dependem também de 
outros fatores, como a distribuição granulométrica e o formato dos grãos. Entretanto, a 
compacidade é um fator importante.
Estado das Areias - Compacidade
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Exemplo:
Considere uma areia A com “e mínimo” igual a 0,6 e “e máximo” igual a 0,9 e uma 
areia B com “e mínimo” igual a 0,4 e “e máximo” igual a 0,7. Se as duas estiverem com 
e = 0,65, qual será o estado da areia A e B em relação à sua compacidade?
Resultado: Areia A: Compacta. Areia B: Fofa.
Conclusão: o índice de vazios naturalde uma areia pouco quer dizer em relação à sua 
compacidade. É necessário saber emáx e emin para dizer se uma areia é compacta ou fofa.
Estado das Argilas - Consistência
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• O estado em que se encontra uma argila costuma ser indicado pela resistência que ela 
apresenta. (argila = manuseio, areia = friável, desmancha facilmente).
• A consistência das argilas pode ser quantificada por meio de um ensaio de compressão 
simples, que consiste na ruptura por compressão de um corpo de prova de argila, 
geralmente cilíndrico. A carga que leva o corpo de prova à ruptura, dividida pela área 
desse corpo é denominada resistência à compressão simples (não confinado) da 
argila.
Tabela 3.4. Consistência em função da resistência à compressão (Pinto, 2003).
Estado das Argilas - Consistência
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SENSITIVIDADE DAS ARGILAS
• A resistência das argilas depende do arranjo entre os grãos e do índice de vazios em que se 
encontra. Quando se submetem certas argilas ao manuseio, a sua resistência diminui, 
ainda que o índice de vazios seja mantido constante. Sua consistência após o manuseio 
(amolgada) pode ser menor do que no estado natural (indeformado). Esse fenômeno, que 
ocorre de maneira diferente conforme a formação argilosa, foi chamado de sensitividade 
da argila.
Figura 3.3. Resistência de argila sensitiva, indeformada e amolgada, observadas 
em um ensaio de compressão simples (Pinto, 2003).
Estado das Argilas - Consistência
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SENSITIVIDADE DAS ARGILAS
• A relação entre a resistência no estado natural e a resistência no estado 
amolgado foi definida como sensitividade da argila:
• A sensitividade pode ser atribuída ao arranjo estrutural das partículas 
• As argilas são classificadas conforme a Tabela 3.5, a seguir:
Estado das Argilas - Consistência
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ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA 
• Quando uma argila se encontra remoldada, o seu estado pode ser expresso 
por seu índice de vazios. Como é muito comum que as argilas se 
encontrem saturadas, caso em que o índice de vazios depende diretamente 
da umidade, o estado em que a argila se encontra costuma ser expresso 
pelo teor de umidade. A umidade da argila é determinada diretamente e o 
seu índice de vazios é calculado a partir desta, variando linearmente com 
ela.
• IMPORTANTE!  Da mesma maneira como o índice de vazios, por si 
só, não indica a compacidade das areias, o teor de umidade, por si só, não 
indica o estado das argilas. É necessário analisá-lo em relação aos teores de 
umidade correspondentes a comportamentos semelhantes. Esses teores 
são os limites de consistência.
Estado das Argilas - Consistência
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ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA
• Para indicar a posição relativa da umidade aos limites de mudança de estado, Terzaghi
propôs o índice de consistência, com a seguinte expressão:
• SIGNIFICADO: Quando o teor de umidade é igual ao LL, IC 
= 0. À medida que o teor de umidade diminui, o IC aumenta, 
ficando maior do que 1 quando a umidade fica menor do que o 
LP.
• Tabela 3.6
Estado das Argilas - Consistência
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ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA
• NOTA 1 :a Tabela 3.6 apresenta valores aproximados e é aplicável a solos remoldados e 
saturados. Seu valor é didático, no sentido de realçar a dependência da resistência ao teor 
de umidade e, consequentemente, ao adensamento que a argila sofre pela sobrecarga que 
ela suporta.
• NOTA 2 : O índice de consistência não tem significado quando aplicado a solos não 
saturados, pois eles podem estar com elevado índice de vazios, baixa resistência e baixa 
umidade, o que indicaria um índice de consistência alto.
Estado das Argilas - Consistência
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ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA
• Exemplo: Considere-se uma argila A que tenha LL = 80% e LP = 30%, e uma argila B 
que tenha LL = 50% e LP = 25%. Quando a argila A estiver com w = 80% e a argila B 
estiver com w = 50%, quais serão seus índices de consistência? 
• RESULTADO: as duas estarão com aspectos semelhantes, com a consistência que 
corresponde ao limite de liquidez.
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.1
a) Na determinação do Limite de Liquidez de um solo, de acordo com o Método Brasileiro NBR-
6459, foram feitas cinco determinações do número de golpes para que a ranhura se feche, com teores 
de umidade crescentes, e obtidos os resultados apresentados a seguir. Como calcular-se-ia o Limite de 
Liquidez desse solo? (determine, posteriormente, seu valor).
b) Com a mesma amostra, foram feitas quatro determinações do limite de plasticidade, de acordo 
com o Método Brasileiro NBR-7180, e obtiveram-se as seguintes umidades quando o cilindro com 
diâmetro de 3 mm se fragmentava ao ser moldado: 22,3%, 24,2%, 21,9% e 22,5%. Qual o Limite de 
Plasticidade desse solo? 
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.2 
Com os índices de Atterberg médios da tabela abaixo, estime qual das argilas – a argila orgânica das 
baixadas litorâneas ou a argila orgânica das várzeas quaternárias dos rios – deve ser mais compressiva, 
ou seja, apresenta maior recalque para o mesmo carregamento.
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.3 
Uma amostra de argila foi retirada de 2 m de profundidade num terreno de várzea nas margens do rio 
Tietê, abaixo do nível d’água. Sua umidade é de 95%. Estime, só com este dado, seu índice de vazios e 
seu peso específico natural. Segundo Pinto (2003), esse problema aparece com frequência na prática 
da Engenharia.
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.4 (aplicação direta de índices físicos)
Para se construir um aterro, dispõe-se de uma quantidade de terra, chamada pelos engenheiros de 
“área de empréstimo”, cujo volume foi estimado em 3.000 m³. Ensaios mostraram que o peso 
específico natural é da ordem de 17,8 kN/m³ e que a umidade é de cerca de 15,8%. O projeto prevê 
que no aterro o solo seja compactado com uma umidade de 18%, ficando com um peso específico 
seco de 16,8 kN/m³. Que volume de aterro é possível construir com o material disponível e que 
volume de água deve ser acrescentado?
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.5
Deseja-se comparar duas areias utilizadas em duas fases distintas de uma obra. A areia A apresentava 
um índice de vazios igual a 0,72 e a areia B tinha e = 0,64. É possível, com base nessas informações, 
dizer qual das duas está mais compacta?
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.6
Uma areia apresenta índice de vazios máximo de 0,90 e índice de vazios mínimo igual a 0,57. O peso 
específico dos grãos é de 26,5 kN/m3. De uma amostra dessa areia com teor de umidade de 3%, que 
peso deve ser tomado para a moldagem de um corpo de prova de volume igual a 1 dm3, para que 
fique com compacidade de 67%? Que quantidade de água deve ser adicionada posteriormente para 
que a areia fique saturada?
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.7
- Para determinar o índice de consistência e a sensitividade 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%
✓ Resistência à compressão simples no estado natural: 82 kPa
✓ Resistência à compressão simples com o solo amolgado: 28 kPa
Como descrever a consistência e a sensitividade desse solo?
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.8
- Duas areias apresentam curvas granulométricas muito semelhantes, mas a areia A apresenta um 
índice de vazios mínimo de 0,60 e a areia B tem um índice de vazios mínimo de 0,42. Qual é o 
motivo dessa diferença? Justifique.
- Duas areias são provenientes de uma mesma fonte. A areia A tem um índice de vazios mínimo de 
0,88, enquanto o índice de vazios mínimo da areia B é de 0,74. Qual deve ser o motivo dessa 
diferença? Justifique.
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.9
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 ficassemcom teor de umidade de 45%. É possível prever qual dos dois solos ficará 
mais consistente nesse teor de umidade?
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
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Exercício 3.10 (DESAFIO)
Para determinar o índice de compacidade relativa de uma areia que apresentava, no estado natural, 
uma massa específica seca de 1,71 kg/dm3, foram realizados ensaios para determinar seus estados de 
máxima e mínima compacidade. Para determinar a máxima compacidade, adotou-se um dos 
procedimentos da NBR-12051/1991 da ABNT: A areia foi colocada num cilindro do ensaio de 
compactação, que tem 10 cm de diâmetro e altura de 12,76 cm (volume de 1 dm3), e o conjunto foi 
fixado no vibrador do ensaio de peneiramento, com uma sobrecarga de 10 kg. Após a vibração, 
determinou-se que a areia ficou com uma massa específica seca de 1,78 kg/dm3.Para a determinação 
da mínima compacidade, a areia, previamente seca em estufa, foi colocada dentro de um molde, por 
meio de um funil, de modo que a altura de queda nunca ultrapassasse 1 cm (este é um dos 
procedimentos recomendados pela NBR-12004/1990). O ensaio indicou uma massa específica seca 
de 1,49 kg/dm3. Determine o índice de compacidade relativa.
Dicas: Dois procedimentos podem ser seguidos:
(1) Calcular o índice de vazios para cada massa específica e aplicar a expressão correspondente à 
definição do índice. Para isto, é preciso conhecer ou estimar uma massa específica para os grãos (ex: 
2,65 kg/dm3). 
(2) Deduzir uma equação que indique a compacidade relativa diretamente das massas específicas 
secas.
FIM AULA 03
Obrigado!
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