AULA 04 - Estrutura, Plasticidade e Consistência dos Solos - 1S2021

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Mecânica dos Solos I
ECV 5104
Prof. Dr. Naloan Coutinho Sampa
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
Aula 04 – Estrutura, Plasticidade e Consistência dos Solos
Estrutura do solo é o arranjo ou disposição geométrica das partículas constituintes
do solo entre si. É um fator importante na resistência do solo.
A estrutura influencia na
• resistência ao cisalhamento;
• compressibilidade;
• permeabilidade dos solos.
A estrutura de um solo depende
• do formato das partículas do solo;
• do tamanho das partículas do solo;
• da composição mineralógica das partículas do solo;
• da natureza e composição d’água do solo.
A classificação da estrutura depende se o solo é coesivo ou não coesivo.
Estrutura dos Solos
Solos não coesivos → solos grossos → gravidade→ compacidade.
Estrutura dos Solos não Coesivos
Estruturas dos solos não coesivos
Estruturas encontradas em solos não coesivos
• Granular simples (ou de grãos isolados) – as partículas
do solo estão em posição estável e em contato com as
outras partículas ao redor. É característica de areias e
pedregulhos, predominando as forças da gravidade nas
disposições das partículas.
• Em favo (ou alveolar) – siltes e areias relativamente
finas formam pequenos arcos correntes de partículas. Essa
estrutura garante maior índice de vazios,
consequentemente suporte de uma carga estática moderada.
A estrutura colapsa com aumento de carga ou ação de
impacto, gerando recalque significativo do solo.
Solos finos → comportamento governado principalmente pelas forças eletroquímicas
→ estrutura diversificada e complexa → forças de superfície → arranjos estruturais
mais elaborados.
A estrutura de solos coesivos é fortemente influenciada pelas forças que atuam
entre as partículas de argila suspensa na água → forças elétricas de atração e
repulsão, que predominam sobre as forças de gravidade.
Essas forças são essencialmente as forças de repulsão devido às camadas duplas
difusas e forças de atração de van der Waals.
Estrutura dos Solos Coesivos
Estruturas encontradas em solos coesivos – argilas
Estruturas encontradas em solos coesivos (argilas)
• dispersas (ou orientadas) – forças de repulsão superam as de atração;
• floculadas – formada pela junção de partículas em forma de flocos devido à ação das forças de
atração. O efeito é potencializado pela adição de sal.
Ligação face/face Ligação face/arresta
Estrutura dos Solos Coesivos
Amolgamento consiste na destruição da estrutura do solo, com a consequente perda da
sua resistência. É de extrema importância em solos argilosos.
O amolgamento é analisado através da sensibilidade (𝑺𝒕 ), que é razão entre a
resistência não drenada de uma amostra indeformada (su,indef.) e a resistência não
drenada da mesma amostra na condição amolgada (su,amolg.) na condição do teor de
umidade constante. St =
su,indef.
su,amolg.
Classificação de sensibilidade (Skempton e Northey, 1952):
• St < 1 – argilas insensíveis
• 1 < St < 2 – argilas de baixa sensibilidade
• 2 < St < 4 – argilas de média sensibilidade
• 4 < St < 8 – argilas sensíveis
• St > 8 – argilas extra sensíveis
Estrutura dos Solos Coesivos
Tixotropia é a diminuição contínua da
viscosidade com o tempo devido a aplicação
de fluxo numa amostra que estava em
repouso, e a recuperação subsequente da
viscosidade no tempo quando o fluxo é
cessado.
Representação de estados indeformados e amolgado e o processo 
tixotrópico de materiais tixotrópicos 
Estrutura dos Solos Coesivos
A caracterização dos solos com uma certa porcentagem de fração fina não pode ser feita
somente pela análise granulométrica.
As propriedades plásticas (plasticidade) dos solos finos dependem
• da quantidade da fração fina;
• do teor de umidade;
• da forma das partículas; e
• da composição química e mineralógica dos solos.
É possível encontrar solos finos (silte ou argila) com a mesma granulometria, mas
com comportamentos distintos.
Plasticidade e Consistência dos Solos
A plasticidade é uma das propriedades mais importante das argilas, e consiste na
maior ou menor capacidade da moldagem ou amolgamento dos solos, sob certas
condições de umidade, sem variação de volume.
Plasticidade e Consistência dos Solos
Argila (material com plasticidade) Areia (material sem plasticidade ou com baixa plasticidade)
As análises de plasticidade são geralmente feitas através de limites conhecidos
principalmente como Limites de Atterberg.
Limites de Consistência (ou fronteiras dos estados de consistência) são limites
estabelecidos com base na umidade do solo para definir diferentes estados físicos do
solo.
Os limites de consistência:
• Limite de Liquidez (LL) Atterberg (1911)
• Limite de Plasticidade (LP) Atterberg (1911)
• Limite de Contração (LC) Haines
Plasticidade e Consistência dos Solos
Dependendo do teor de umidade, o comportamento do solo pode ser dividido:
• sólido;
• semissólido;
• plástico;
• líquido.
Plasticidade e Consistência dos Solos
4 - Fluido denso
3 - Sem capacidade de fluir facilmente 
moldado → conserva a forma
2 - Rígido - Solo 
desmancha ao ser 
trabalhado
1 - Muito rígido a 
solo seco
↑↑Teor de umidade
1
2
4
3
Estado semissólido acontece com a diminuição do teor de umidade dos solos argilosos
(ou siltosos) (a partir do estado plástico) até que os solos fiquem rígidos e não terem
mais água suficiente para proporcionar coesão. Nesta condição, o solo fica friável e
trinca facilmente.
Se o teor de umidade do solo que se encontra no estado semissólido continuar a
decrescer, haverá um momento em que as partículas vão deixar de se aproximar
devido às forças físico-químicas → estado sólido.
Estado líquido acontece com o aumento do teor de umidade dos solos argilosos (ou
siltosos) (a partir do estado plástico) até que os mesmos se tornam mais moles e mais
pegajosos de modo a não poderem mais manter as suas formas. ↑↑↑ água → menor
interação entre as partículas → suspensão.
Plasticidade e Consistência dos Solos
Plasticidade e Consistência dos Solos
Limites de consistência e resistência dos solos para diferentes estados físicos (Das e Sobhan, 2018)
Limite de Liquidez (LL)
• é o teor de umidade, em termos porcentuais, necessário para fechar o sulco com 25 golpes;
• é o teor de umidade , em termos porcentuais, abaixo da qual o solo se comporta como fluido;
• é o teor de umidade, em termos porcentuais, de transição entre os estados líquido e plástico; ou
• é o teor de umidade, no estado amolgado, onde a resistência não drenada é igual a 1,7kPa.
Limite de Liquidez
Teor de umidade (w) = massa de água / massa do solo seco = 𝑚𝑤/𝑚𝑠
Aparelho de Casagrande manual Aparelho de Casagrande automatizado
Dimensões do Aparelho de 
Casagrande (Das e Sobhan, 2018)
Cinzel para 
solos arenosos
Cinzel para 
solos argilosos
Concha de 
latão
Base de 
borracha
Manivela
Limite de Liquidez é determinado através do método da concha desenvolvido por
Casagrande, utilizando o aparelho de Casagrande.
Limite de Liquidez
Procedimentos do ensaio de Limite de Liquidez – Norma NBR 6459/2016.
1 – preparação da amostra
2 – colocação da amostra na 
concha
3 – aspecto do solo depois 
do ensaio
1. preparar amostra;
2. colocar amostra na concha;
3. abrir uma ranhura no centro da amostra
através de um cinzel padrão;
4. golpear a concha contra a base a partir de uma
altura de 10cm, acionando a manivela;
5. anotar nº de golpe e coletar o material na
parte inferior da ranhura que fechou uma
distância de 13cm para obtenção da umidade;
6. adicionar água e repetir os procedimentos 2-5
mais de 3 vezes. Recomenda-se, pelo menos,
4 pontos (35 a 15golpes).
7. construir um gráfico semilogarítmico
Limite de Liquidez
Procedimentos do ensaio de Limite de Liquidez – Norma NBR 6459/2016.
Vista superior
Seção transversal
1 – preparação da amostra
2 – colocação da amostra na 
concha
3 – aspecto do solo depois 
do ensaio
Antes e depois do ensaio (Das e Sobhan, 2018)
Limite de Liquidez
13,0mm
Procedimentos do ensaio de Limite de Liquidez– Norma NBR 6459/2016.
https://www.youtube.com/watch?v=jzAf5whqvI4&t=211s
Limite de Liquidez
https://www.youtube.com/watch?v=jzAf5whqvI4&t=211s
Com os valores de número de golpes (N) obtidos traça-se a linha de escoamento ou
fluidez do material, a qual no intervalo compreendido entre 15 e 35 golpes, pode-se
considerar uma reta.
Corpo de Engenheiros do
Exército Americano (1949):
𝐿𝐿 = 𝑤𝑁
𝑁
25
tan 𝛽
Teor de 
umidade
= 0,121 (varia com 
o tipo de solo)
Gráfico semilogarítmico para determinação do teor de umidade
correspondente ao limite de liquidez.
Limite de Liquidez
Limite de Plasticidade (LP)
• É o teor de umidade, expresso em porcentagem, em que o solo fissura, quando moldado na
forma de um cilindro de 3mm de diâmetro, ou
• é o teor de umidade, em termos porcentuais, de transição entre os estados semissólidos e
plástico.
Procedimentos do ensaio de LP – Norma NBR 7180/2016.
• Determina-se o teor de umidade no qual um cilindro de solo executado com a palma da
mão, por meio de movimentos regulares de vaivém, sobre uma placa de vidro fosco,
começa a fissurar ao atingir dimensões padrões (= 3mm e l = 10cm).
Limite de Plasticidade
Conjunto do ensaio
Movimentos regulares de vaivém
Amostras de cilindros com 
diferentes umidades e diâmetros 
Cilindro de solo depois de ensaio
Influência de umidade no ensaio
Limite de Plasticidade
Cilindro de solo depois de ensaio
https://www.youtube.com/watch?v=Ipmz0FA78DM
Limite de Plasticidade
https://www.youtube.com/watch?v=Ipmz0FA78DM
Índice de Plasticidade (IP)
• é a diferença entre os limites de liquidez e de plasticidade (IP = LL - LP);
• é a faixa de valor de umidade que define a zona do estado plástico dos solos.
Quanto maior IP, maior é a plasticidade e compressibilidade do solo. IP de solos
argilosos são muito maiores que os de solos arenosos.
Solos orgânicos elevam o valor de LP, não alteram significativamente LL, resultando
baixos valores de IP.
IP nulo é representado como IP = NP (não plástico).
O IP é de grande importância para o gráfico de plasticidade de Casagrande usado na
classificação do solo.
Índice de Plasticidade
Classificação do solo com base nos valores de IP, segundo Burmister (1949)
• IP = 0 – solo não plástico
• 1 < IP < 5 – solo ligeiramente plástico
• 5 < IP < 10 – solo de baixa plasticidade
• 10 < IP < 20 – solo de plasticidade média
• 20 < IP < 40 – solo alta plasticidade
• IP > 40 – solo de muito alta plasticidade
Solos LL (%) IP (%)
Residuais de arenito (arenosos finos) 29 – 44 11 – 20
Residual de gnaisse 45 – 55 20 – 25
Residual de basalto 45 – 70 20 – 30
Residual de granito 45 – 55 14 – 18
Argilas orgânicas de várzeas quaternárias 70 30
Argilas orgânicas de baixadas litorâneas 120 80
Argilas porosas vermelha de São Paulo 65 – 85 25 – 40
Argila variegada de São Paulo 40 – 80 15 – 45
Areias argilosas variegadas de São Paulo 20 – 40 5 – 15
Argilas duras, cinzas, de São Paulo 64 42
ARGILOMINERAIS
Montmorilonita 100 - 900 50 - 80
Ilita 60 - 120 45 – 60
Caulinita 35 - 100 30Valores típicos do limite de liquidez e do índice de plasticidade
Índice de Plasticidade
Limite de Contração
Limite de Contração (LC)
• o solo contrai com a perda de sua umidade. LC é o teor de umidade, em termos porcentuais, no
qual o volume da massa de solo se mantém constante (o solo não se contrai), não obstante
continua perdendo o peso (a umidade), ou
• é o teor de umidade na qual ocorre a transição do estado sólido para o semissólido.
Contração do solo com a 
diminuição da umidade
Estado de equilíbrio em 
termos de volume do solo
Variação de volume do solo com o teor de umidade (peso)
Procedimentos do ensaio de LC – Norma D-427 ASTM.
• determinar o volume da cápsula - Vi;
• recobrir o interior da cápsula com vaselina e depois colocar o solo úmido na cápsula;
• pesar a cápsula com o solo úmido - Mi;
• secar a amostra à sombra e depois em estufa, pesando-a depois de secagem - Mf; 
• emergir o solo seco em um pote de parafina derretida;
• emergir o solo recoberto de parafina dentro da água para determinar o seu volume – Vf.
Ensaio de limite de contração: amostras do solo antes e após a secagem.
Cápsula de porcelana de aproximadamente 44mm de diâmetro e cerca de 12,7mm de 
altura. (Das e Sohban, 2020)
Cilindro de solo depois de ensaio
Cápsula
Volume do solo = Vi
Massa do solo = Mi Volume do solo = Vf
Massa do solo = Mf
𝐿𝐶 =
𝑀𝑖 −𝑀𝑓
𝑀𝑓
∙ 100 −
𝑉𝑖 − 𝑉𝑓
𝑀𝑓
∙ 𝜌𝑤 ∙ 100
Massa específica 
da água, g/cm³
Limite de Contração
Índice de Liquidez (IL) e Índice de Consistência (IC)
Índice de liquidez e índice de consistência são índices normalizados que permitem
comparar solos com wn, LL, LP diferentes.
Índice de Liquidez e Índice de Consistência
Índice de Liquidez (IL) Índice de Consistência (IC)
𝐼𝐿 =
𝑤𝑛 − 𝐿𝑃
𝐿𝐿 − 𝐿𝑃
𝐼𝐶 =
𝐿𝐿 − 𝑤𝑛
𝐿𝐿 − 𝐿𝑃
0-0,5 – argilas moles
0,5 – 0,75 – argilas médias
0,75 – 1 – argilas rijas
Argilas muito moles
Argilas duras
Argilas plásticas Argilas muito sensíveis
Argilas 
semiplásticas ou 
sobreadensadas
Um laboratorista realizou ensaios em amostras de caulim para determinar teor de
umidade, Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade. Os resultados obtidos estão
apresentados nas tabelas a seguir. Pede-se para determinar:
a) teor de umidade das amostras – w
b) Limite de Liquidez – LL
c) Limite de Plasticidade – LP
d) Índice de Plasticidade – IP
e) Índice de Liquidez – IL
f) Índice de Consistência – IC
g) Classificação do solo com base no IP, IL e IC
Exemplo
Exemplo
Caulim
T
eo
r 
d
e 
u
m
id
ad
e
Teor de umidade A1 A2 A3
massa de cápsula (g) →𝑚𝑐 18,14 16,88 17,14
massa de cápsula + solo úmido (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑢 20,34 20,30 21,21
massa de cápsula + solo seco (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑠 20,29 20,22 21,12
L
im
it
e 
d
e 
p
la
st
ic
id
ad
e Limite de plasticidade A1 A2 A3
massa de cápsula (g) →𝑚𝑐 48,39 59,47 61,5
massa de cápsula + solo úmido (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑢 53,48 63,42 66,6
massa de cápsula + solo seco (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑠 52,48 62,65 65,61
L
im
it
e 
d
e 
li
q
u
id
ez
Limite de liquidez A1 A2 A3 A4
massa de cápsula (g) →𝑚𝑐 66,5 52,96 68,72 72,01
massa de cápsula + solo úmido (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑢 78,55 63,16 80,16 86,56
massa de cápsula + solo seco (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑠 74,73 60,07 76,8 82,45
Nº de golpes 18 22 30 35
Solução a) Teor de umidade:
𝑤 =
𝑚𝑤
𝑚𝑠
=
𝑚𝑐+𝑠𝑢 −𝑚𝑐 − 𝑚𝑐+𝑠𝑠 −𝑚𝑐
𝑚𝑐+𝑠𝑠 −𝑚𝑐
=
𝑚𝑐+𝑠𝑢 −𝑚𝑐+𝑠𝑠
𝑚𝑐+𝑠𝑠 −𝑚𝑐
Exemplo
Caulim
T
eo
r 
d
e 
u
m
id
ad
e
Teor de umidade A1 A2 A3
massa de cápsula (g) →𝑚𝑐 18,14 16,88 17,14
massa de cápsula + solo úmido (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑢 20,34 20,30 21,21
massa de cápsula + solo seco (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑠 20,29 20,22 21,12
massa de solo seco (g)→ 𝑚𝑠 = 𝑚𝑐+𝑠𝑠 −𝑚𝑐 2,15 3,34 3,98
massa d’água (g) →𝑚𝑤 = 𝑚𝑐+𝑠𝑢 −𝑚𝑐+𝑠𝑠 0,05 0,08 0,09
teor de umidade (%) → 𝑤 =
𝑚𝑤
𝑚𝑠 2,33 2,40 2,26
teor de umidade médio - ഥ𝒘 (%) 2,33
Solução b) 𝑤 =
𝑚𝑤
𝑚𝑠
=
𝑚𝑐+𝑠𝑢−𝑚𝑐 − 𝑚𝑐+𝑠𝑠−𝑚𝑐
𝑚𝑐+𝑠𝑠−𝑚𝑐
=
𝑚𝑐+𝑠𝑢−𝑚𝑐+𝑠𝑠
𝑚𝑐+𝑠𝑠−𝑚𝑐
Caulim
L
im
it
e 
d
e 
p
la
st
ic
id
ad
e
Limite de Plasticidade A1 A2 A3
massa de cápsula (g) → 𝑚𝑐 48,39 59,47 61,5
massa de cápsula + solo úmido (g) → 𝑚𝑐+𝑠𝑢 53,48 63,42 66,6
massa de cápsula + solo seco (g) →𝑚𝑐+𝑠𝑠 52,48 62,65 65,61
massa de solo seco (g)→𝑚𝑠 = 𝑚𝑐+𝑠𝑠 −𝑚𝑐 4,09 3,18 4,11
massa d’água (g) → 𝑚𝑤 = 𝑚𝑐+𝑠𝑢 −𝑚𝑐+𝑠𝑠 1 0,77 0,99
teor de umidade (%) → 𝑤 =
𝑚𝑤
𝑚𝑠 24,50 24,21 24,09
teor de umidade médio - ഥ𝑤 (%) 24,27
Limite de plasticidade – LP (%) 24,27
Exemplo
Solução c) 𝑤 =
𝑚𝑤
𝑚𝑠
=
𝑚𝑐+𝑠𝑢−𝑚𝑐 − 𝑚𝑐+𝑠𝑠−𝑚𝑐
𝑚𝑐+𝑠𝑠−𝑚𝑐
=
𝑚𝑐+𝑠𝑢−𝑚𝑐+𝑠𝑠
𝑚𝑐+𝑠𝑠−𝑚𝑐
Caulim
L
im
it
e 
d
e 
L
iq
u
id
ez
Limite de Liquidez A1 A2 A3 A4
massa de cápsula (g) → 𝑚𝑐 66,5 52,96 68,72 72,01
massa de cápsula + solo úmido 
(g) → 𝑚𝑐+𝑠𝑢 78,55 63,16 80,16 86,56
massa de cápsula + solo seco (g) 
→𝑚𝑐+𝑠𝑠 74,73 60,07 76,8 82,45
massa de solo seco (g) →
𝑚𝑠 = 𝑚𝑐+𝑠𝑠 −𝑚𝑐 8,23 7,11 8,08 10,44massa d’água (g) →
𝑚𝑤 = 𝑚𝑐+𝑠𝑢 −𝑚𝑐+𝑠𝑠 3,82 3,09 3,36 4,11
teor de umidade (%) → 𝑤 =
𝑚𝑤
𝑚𝑠 46,42 43,46 41,58 39,37
Nº de golpes 18 22 30 35 LL = 42,86 %
Exemplo
Solução d) IP= 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃 = 42,86 − 24.27 = 𝟏𝟖, 𝟓𝟗%
Solução e) 𝐼𝐿 =
𝑤𝑛−𝐿𝑃
𝐿𝐿−𝐿𝑃
=
2,33−24,27
42,86−24.27
=
−21,94
18,59
= −𝟏, 𝟏𝟖
Solução f) 𝐼𝐶 =
𝐿𝐿−𝑤𝑛
𝐿𝐿−𝐿𝑃
=
42,86−2,33
42,86−24.27
=
40,35
18,59
= 𝟐, 𝟏𝟖
Solução g) Classificação do solo
10 < IP < 20 – argila de plasticidade média
IL < 0 - argilas semiplásticas ou sobreadensadas
IC > 1 – argilas duras
Exemplo
Gráfico de plasticidade (ou carta de plasticidade de Casagrande) visa classificar solos
finos (argilas e siltes) em 8 grupos, relacionando LL (abcissa) e IP (ordenada):
• argilas inorgânicas de alta plasticidade - CH;
• argilas inorgânicas de média plasticidade CL (CI);
• argilas inorgânicas de baixa plasticidade - CL;
• siltes inorgânicas de alta plasticidade - MH;
• siltes inorgânicas de média plasticidade ML (MI);
• siltes inorgânicas de baixa plasticidade - ML;
• argilas orgânicas - OH;
• siltes orgânicos - OL
Gráfico de Plasticidade 
Se Τ𝐿𝐿𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑢𝑓𝑎 𝐿𝐿𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑎𝑟 < 0,75 → solo orgânico
CH
MH ou OH
Gráfico de plasticidade de Casagrande
ML ou OL
CL
CL ou ML
ML
L
in
h
a
 “
B
”
ML
Gráfico de Plasticidade 
Considerações sobre o gráfico de plasticidade:
• usado somente para classificar solos finos (argilas e siltes)
• precisa conhecer LL e IP
• possui três divisores: linha A, linha U e linha B
• a linha A separa as argilas inorgânicas dos siltes inorgânicos, sendo que argilas inorgânicas ficam
acima e os siltes inorgânicos ficam abaixo da linha A;
• argilas e siltes orgânicas ficam abaixo da linha A;
• solos na região do LL < 30 → solos de baixa plasticidade a não plásticos;
• solos na região do LL entre 30 a 50 → solos de média plasticidade;
• solos na região do LL > 50 → solos de alta a extremamente alta plasticidade;
• nenhum solo deve situar acima da linha U.
Gráfico de Plasticidade 
Com base nos resultados dos ensaios de LL e LP realizados em uma amostra de solos finos,
classifique os seguintes materiais.
a) Material 1: LL = 66% e LP = 42%
b) Material 2: LL = 85% e LP = 31%
c) Material 3: LL = 20% e LP = 15%
d) Material 4: LL = 41% e LP = 19%
Solução: dados de entrada no gráfico LL e IP
a) Material 1: LL = 66% e IP = LL-LP = 66-42 = 24%
b) Material 2: LL = 85% e IP = 85-31 = 54%
c) Material 3: LL = 20% e IP = 20- 5 = 5%
d) Material 4: LL = 41% e IP = 41-19 = 22%
Exemplo
Solução: dados de entrada no gráfico LL e IP
a) Material 1: LL = 66% e IP = 24% | b) Material 2: LL = 85% e IP = 54%
b) Material 3: LL = 20% e IP = 5% | c) Material 4: LL = 41% e IP = 22%
Exemplo
1
2
3
4
Classificação
a) Material 1: siltes inorgânicas de alta
plasticidade - MH ou argilas orgânicas - OH
b) Material 2: argilas inorgânicas de alta
plasticidade – CH
c) Material 3: argilas inorgânicas de baixa
plasticidade – CL ou siltes inorgânicas de
baixa plasticidade – ML
d) Material 4: argilas inorgânicas de
plasticidade média – CL (CI)