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ESTADO DE MATO GROSSO

SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

2aula 7 - LIMITES DE CONSISTÊNCIA

Profª Ana Elza Dalla Roza

Estados de consistência| Limites de consistência | Determinação dos limites de 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

Para um dado solo pode-se criar correlações semi-empíricas entre as

propriedades do solo e estes limites/índices, de modo a prever estas

propriedades de forma simples e rápida e poder utilizá-las em obras, como

alternativa preliminar, dependendo do seu estágio e grau de importância

ESTADOS DE CONSISTÊNCIA





Segundo Terzaghi, o termo consistência refere-se ao grau de adesão entre as

partículas de solo e à resistência oferecida às forças que possam deformar ou

romper a massa do 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 solo com alto

teor de argila) se apresenta





Sabe-se que a rigidez de um solo argiloso varia inversamente com o seu teor de

umidade, isto é, à medida que a umidade de uma massa argilosa diminui, a

argila vai se tornando mais dura

Para grandes teores de umidade a argila é mole (como uma lama)

Para pequenos teores, dura como um tijolo

Entretanto, para o teor de umidade zero, ou quase nulo, pode sofrer uma

redução brusca em sua resistência a esforços externos





O que é consistência dos solos?

A consistência dos solos fornecem um meio de descrever o grau ou classe de

coesão ou aderência entre as suas partículas, assim como relacioná-las à

resistência dos solos de se deformarem ou romperem

Visto que a consistência varia com o teor de água no solo (teor de umidade)

e a consistência passa de uma condição muito mole a dura, pode-se

classificar a consistência no estado saturado, úmido ou seco

A determinação da consistência inclui tanto a resistência à ruptura quanto a

rigidez

A resistência à ruptura é uma medida da capacidade, no terreno, do solo

resistir a uma pressão aplicada com o polegar e o indicador






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






Existem quatro estados de consistência dos solos:

• Sólido,

• Semi-sólido,

• Plástico e

• Líquido





Coesão e Adesão

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 a 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)





Para que serve a descrição da consistência dos solos?

• Aplicação ambiental

• Resistência - consistência mole à dura

• Viscosidade - consistência mole

• Plasticidade - consistência mole

Engenharia geotécnica

• Tipo de ruptura

• Resistência à penetração





Limites de Atterberg

Os limites de Atterberg são importantes para descrever a consistência dos solos

finos.




CONSISTÊNCIA DO SOLO SECO

Classe Descrição

Solto Não coerente - Símbolo L, LO ou lo

Mole (<8 N) Solo esfarela sob uma pressão muito baixa

Ligeiramente duro (8 a < 20 N) Solo esfarela sob uma pequena pressão – baixa resistência

Moderadamente duro (20 a < 40 N) Solo rompe sob um pressão moderada resistência média

Duro (40 a < 80 N) Solo rompe sob uma forte pressão

Muito duro (80 a < 160 N) Não rompe com a pressão de dois dedos

Extremamente duro Não rompe sob a pressão dos pés

N = 1 Newton




CONSISTÊNCIA NO ESTADO SATURADO

Viscosidade e plasticidade

A viscosidade descreve:

•A capacidade do solo se aderir a outros objetos

•A umidade estimada que representa a máxima aderência entre o polegar e o

indicador

Plasticidade descreve:

•A capacidade de um solo ser moldado ou manuseado produzindo

deformações permanentes em ruptura




CLASSES DE VISCOSIDADE

Não viscoso – O solo não adere ou adere pouco aos dedos após a redução da

pressão sobre ele




Ligeiramente viscoso – O solo se separa e adere a ambos os dedos logo após

a relaxação da pressão com uma pequena afastamento dos dedos.

Moderadamente viscoso – O solo se adere a ambos os dedos após a

relaxação das pressões e um pequeno afastamento dos dedos.





Muito viscoso – O solo se adere firmemente aos dedos após a completa

separação dedos rompendo-se somente após um grande afastamento deles





PLASTICIDADE

Pode definir a plasticidade como a propriedade de certos sólidos serem

moldados (deformações rápidas) sem apreciável variação de volume (ou

ruptura).

A plasticidade está associada aos solos finos, e depende do argilo-mineral que

deu origem à fração argila presente nesses solos.

A forma lamelar dos grãos da argila permite um deslocamento relativo das

partículas sem que haja variação de volume.

A plasticidade é muito influenciada quantidade de água no solo, das ligações

entre as moléculas de água e grãos, ou seja da dupla camada.




PLASTICIDADE




PLASTICIDADE

6 mm

Não Plástico – Não formará um cilindro de 6mm de diâmetro com 4cm de

comprimento, e se formar, não será capaz de se manter quando preso por um

de seus extremos.




PLASTICIDADE

Não Plástico – Não formará um cilindro de 6mm de diâmetro com 4cm de

comprimento, e se formar, não será capaz de se manter quando preso por um

de seus extremos

Ligeiramente Plástico – Um cilindro de 4cm de comprimento e 6mm de

diâmetro pode ser suportado por um de seus extremos mas com 4mm de

diâmetro não

Moderadamente plástico – Um cilindro de 4cm de comprimento e 4mm de

diâmetro pode ser suportado por um de seus extremos mas com 2mm de

diâmetro não

Muito Plástico – Um cilindro de 4cm de comprimento e com 2mm de diâmetro

é capaz de se suportar sem ruptura

2 mm4 mm6 mm 4 cm




PLASTICIDADE

2 mm

2 mm4 mm6 mm 4 cm




Para que serve o conhecimento da Plasticidade?

O teor de umidade afeta significativamente a propriedade dos siltes e das

argilas mas não tem efeito sobre o comportamento das areias ou pedregulhos

As propriedades da plasticidade descreve a resposta do solo sob mudança do

teor de umidade

A resistência diminui com o aumento do teor de umidade

O solo expande com o aumento do teor de umidade





Para que serve o conhecimento da Plasticidade?

Solos finos com alto teor de umidade comporta-se com um líquido

Quando o teor de umidade é reduzido o volume diminui e o solo torna-se

plástico

Se o teor de umidade for ainda reduzido, o solo se torna semi-sólido, e neste

ponto o solo não re contrai mais






A plasticidade de um solo dependerá fundamentalmente e principalmente de

dois fatores:

Umidade: existe uma faixa de umidade dentro da qual o solo se comporta

de maneira plástica. Valores de umidade inferiores aos valores contidos

nesta faixa farão o solo se comportar como semi-sólido ou sólido, enquanto

que para maiores valores de umidade o solo se comportará

preferencialmente como líquido.

Tipo de argilo-mineral: o tipo de argilo-mineral (sua forma, constituição

mineralógica, tamanho, superfície específica, etc.) influi na capacidade do

solo de se comportar de maneira plástica. Quanto menor o argilo-mineral

(ou quanto maior sua superfície específica), maior a plasticidade do solo.




Considere uma lama de solo, que vai

perdendo sua água gradativamente

Com a saída da água seu volume

também se reduz, até um valor limite

A partir desse limite, toda perda de

água só ocorre com a entrada de ar

na amostra

LL LP LC

Líquido Plástico Semi-sólido Sólido

SÓLIDA

LÍQUIDA

GASOSA




Estados de consistência | Limites de consistência | Determinação dos limites de consistência |

LIMITES DE 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:

SÓLIDO SEMI-SÓLIDO PLÁSTICO LÍQUIDO

Teor de umidadeVa

ria

çã

o d

e v

olu

me




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

SÓLIDO SEMI-SÓLIDO PLÁSTICO LÍQUIDO

Teor de umidadeVa

ria

çã

o d

e v

olu

me

LC LP LL

Sr = 100%




LIMITES DE ATTERBERG

Limite de Liquidez (LL) - teor de umidade no qual o solo começa a se

comportar como um líquido, ou seja flui

(No limite de liquidez, um solo fino tem uma resistência ao cisalhamento

aproximadamente igual a 2,5 kN/m2)

Limite de Plasticidade (LP) - teor de umidade no qual o solo começa a

comportar como um material plástico

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 delimitação entre os diversos estados de consistência é feita de forma

empírica. Inicialmente foi realizada por Atterberg, sendo a padronização dos

ensaios para a determinação dos limites de consistência foi realizada por Arthur

Casagrande

A determinação dos limites de consistência são normalizados pela ABNT como

se segue:

•NBR – 6459 – limite de liquidez

•NBR – 7180 - limite de plasticidade

•NBR – 7183 - limite de contração




DETERMINAÇÃO DOS LIMITES DE CONSISTÊNCIA




LIMITE DE LIQUIDEZ (NBR 6459)

1. Coloca-se na concha do aparelho de Casagrande uma pasta de solo

passante na peneira #40 e com umidade próxima de seu limite de

plasticidade.

2. Faz-se um sulco na pasta com um cinzel padronizado.

10mm





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 1cm.





4. Conta-se o número de golpes necessário para que a ranhura de solo se

feche em uma extensão em torno de 1cm (13mm).

Antes do ensaio





4. Conta-se o número de golpes necessário para que a ranhura de solo se

feche em uma extensão em torno de 1cm (13mm)

5. Repete-se este processo ao menos 5 vezes, geralmente empregando-se

valores de umidade crescentes;

Depois do ensaio

















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

70 9010 20 30 40 50 60 80 10043

44

45

46

47

48

49

50

51

Teo

r d

e u

mid

ad

e (%

)

n° golpes25

LL




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.









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

deve ser considerada como não apresentando limite de

plasticidade (NP)




LIMITE DE CONTRAÇÃO (NBR 7183)

1. Molda-se uma amostra de solo passando na peneira #40, na forma de

pastilha, em uma cápsula metálica com teor de umidade entre 10 e 25

golpes no aparelho de Casagrande.

2. Seca-se a amostra à sombra e depois em estufa, pesando-a em seguida.

3. Utiliza-se um recipiente adequado (cápsula de vidro) para medir o volume

do solo seco, através do deslocamento de mercúrio provocado pelo solo

quando imerso no recipiente.




O limite de contração é determinado pela equação:

V = Volume da amostra seca

P = Peso da amostra seca

γw = Peso específico da água

γs = Peso específico das partículas sólidas

100..1

P

VLC w

s





(Das, 1998)

Soil volume: Vi

Soil mass: M1

Soil volume: Vf

Soil mass: M2

)100)((M

VV)100(

M

MM

(%)w(%)wSL

w

2

fi

2

21

i





















LIMITE DE CONTRAÇÃO

(NBR 7183)




“Embora o limite de contração tenha sido amplamente usado durante anos

1920s, muitas incertezas na sua determinação o levaram a não ser mais

comumente usado”

“Um dos maiores problemas na determinação do limite de contração do solo

reside no fato de que a contração sofrida pelo solo não depende exclusivamente

do tamanho dos grãos e do tipo do constituinte mineralógico, mas também da

estrutura inicial da amostra”

(Holtz e Kovacs, 1981)





O procedimento padrão é iniciar o ensaio com o teor de umidade da amostra

próximo ao limite de liquidez

Contudo, especialmente nas argilas arenosas ou siltosas, muitas vezes resulta

em um limite de contração maior que o limite de plasticidade, o que não tem

sentido. Casagrande sugeriu que, se possível, o teor de umidade inicial seja

ligeiramente maior que o limite de plasticidade, embora seja reconhecido a

dificuldade de se evitar o aprisionamento de bolhas de ar durante o preparo da

amostra”

(Holtz e Kovacs, 1981)





ÍNDICE DE PLASTICIDADE

O 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.

Uma vez conhecidos os limites de consistência de um solo, pode-se definir o IP

como a diferença numérica entre os valores do limite de liquidez e do limite

de plasticidade

IP = LL–LP

Indica a quantidade de água que deve ser acrescentada ao solo (com

consistência inicial no Limite de Plasticidade) para levá-lo ao estado líquido

(Limite de Liquidez).




ÍNDICE DE PLASTICIDADE

De acordo com o índice de plasticidade, o solo pode ser classificado como:

IP = 0 → não plástico

1 < IP < 7 → pouco plástico

7 < IP < 15 → plasticidade média

IP > 15 → muito plástico




ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA

É uma forma de medirmos a consistência do solo no estado em que se encontra

em campo

LL = Limite de liquidez

IP = Índice de plasticidade

w = Umidade

É um meio de situar a umidade do solo entre os limites de liquidez e de

plasticidade, com o objetivo de utilização prática

IP

wLLIC




ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA

De acordo com o IC pode definir o estado de consistência do solo no campo

em:

IC < 0 → fluído - denso

0 < IC < 1 → estado plástico

IC > 1 → estado semi -sólido ou sólido




VALORES TÍPICOS

Argila LL (%) LP (%) IP (%)

Montmorilonita 290 - 710 54 - 75 215 - 656

Ilita 95 - 120 45 - 53 49 - 67

Caulinita 38 - 59 27 - 37 11 - 23




VALORES TÍPICOS

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

Argila orgânicas de baixadas litorâneas 120 80

Argila porosa vermelha de São Paulo 65 a 85 25 a 40

Argila variegadas de São Paulo 40 a 80 15 a 45

Areia argilosas variegadas de São Paulo 20 a 40 5 a 15

Argilas duras, cinzas, de São Paulo 64 42




VALORES TÍPICOS

IP = wL – wP é o índice de plasticidade

ww

wwIC

PL

natL

é o índice de consistência (IC)

Consistência IC

Mole <0,5

Média 0,5 a 0,75

Rija 0,75 a 1,0

dura > 1,0

Resistência (kPa)

25 a 50

50 a 100

100 a 200

200 a 400

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