CONSISTENCIA DOS SOLIDOS E PLASTICIDADE, Resumos de Engenharia Geotécnica

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Geotécnica

**- Plasticidade e consistência dos solos;

• Limites de consistência dos solos;
• Limite de liquidez (LL);
• Limite de Platicidade (LP);
• Limite de contração (LC);
• Índice de consistência dos solos;
• Atividade das argilas.**
  • Conhecer a consistência dos solos;
  • Classifi car os solos de acordo com os seus limites de consistência.

OBJETIVO DE APRENDIZADO

Plasticidade e Consistência dos Solos

Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas:

Assim:

Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”;

Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;

No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;

Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem.

Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte

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Evite se distrair com

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Unidade Plasticidade e Consistência dos Solos

Plasticidade e Consistência dos Solos

Os solos com presença de argila, quando úmidos, possuem propriedades plásti- cas que permitem serem moldados sem esfarelar. Segundo Caputo (1988, p. 52), “a plasticidade é definida como uma propriedade dos solos, que consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados, sob certas condições de umidade, sem variação de volume”. Além do teor de umidade, a plasticidade relaciona-se com a forma do mineral de argila e a sua composição química e mineralógica.

Já a consistência de um solo refere-se ao grau de resistência a forças que tendem a romper o solo e o grau de adesão entre as partículas dos solos. A consistência é uma propriedade de solos coesivos e refere-se à rigidez de um solo quando em con- tato com diferentes níveis de umidade. A resistência do solo possui relação inversa com o teor de umidade, pois à medida que a umidade aumenta, a argila se torna menos resistente e mais mole.

Limites de Consistência

Os limites de consistência são muito utilizados na identificação e classificação dos solos coesivos, e são a base para a avaliação preliminar das propriedades dos solos.

A quantidade de umidade de um solo define o seu limite de consistência. Se o solo estiver em estado líquido, ele não apresentará resistência, e, à medida que a água for retirada, ficará mais rijo e irá adquirir a capacidade de ser moldado.

A definição de limites de consistência de um solo argiloso parte de que ele apre- senta aspectos muito distintos de acordo com a umidade. Dependendo do teor de umidade, pode ser dividido em quatro estados: líquido, plástico, semissólido e sólido.

Para cada um dos estados de umidade, define-se um limite de consistência, con- forme pode ser visualizado na figura 1. Quando o solo passa do estado sólido para o semissólido, é chamado de limite de contração (LC); do estado semissólido para o plástico, de limite de plasticidade (LP) e do estado plástico para o líquido, limite de liquidez (LL).

UNIDADE Plasticidade e Consistência dos Solos

Figura 2 - Acréscimo de água destilada na amostra, e revolvimento para a determinação do limite de liquidez Fonte: Atterberg… (2004, on-line)

Em seguida, parte do material deve ser transferido para a concha, moldando-o de forma que a espessura seja de 10 mm. Dentro da concha, o material deve ser dividido em duas partes, e se deve passar o cinzel no meio, de modo a abrir uma ranhura na parte central (Figura 3). Após esse procedimento, é necessário golpear a concha contra a base e anotar o número necessário de golpes para que as bordas da ranhura se unam ao longo de 13 mm. Após o fechamento da ranhura, o ma- terial das bordas que se uniram deve ser coletado para determinação da umidade.

Figura 3 - Amostra colocada na concha de metal do aparelho de Casagrande e ranhura realizada na parte central da amostra Fonte: Atterberg… (2004, on-line

Como existe dificuldade no ajuste da umidade necessária do solo, para que a ranhura se feche em 25 golpes, definido como o limite de liquidez, o ensaio deve ser repetido de modo a obter, pelo menos, mais três pontos de ensaio, cobrindo o intervalo de 35 a 15 golpes, com diferentes teores de umidade. Assim, por meio de um gráfico semilogarítmico com a representação do teor de umidade do solo e o número de golpes, traça-se uma linha reta chamada de curva de fluidez, pela qual é possível determinar o teor de umidade correspondente a 25 golpes (Figura 4).

Figura 4 – Curva de fl uidez para a determinação do limite de liquidez de um solo Fonte: Caputo (1988)

A University of Texas disponibiliza, em seu website, diversos roteiros ilustrativos para a de-

terminação de alguns atributos físicos dos solos. Os limites de Atterberg estão entre os ma-

teriais que podem ser consultados em https://bit.ly/2XqoOnR.

Explor

Estudos realizados pela Federal Highway Administration determinaram uma equação cujo limite de liquidez pode ser obtido a partir de um único ponto do grá- fico, conhecido por “um só ponto” (CAPUTO, 1988). A fórmula é expressa por:

LL =

em que h= umidade, em porcentagem, correspondente a n golpes.

O denominador da fórmula foi tabulado para diferentes valores de n, conforme apresentado na tabela 1.

Limite de Plasticidade (LP)

O limite de plasticidade é o estado de umidade em que um solo começa a se quebrar quando se tenta moldar um cilindro com 10 cm de comprimento e 3 mm de diâmetro.

A metodologia para a determinação do limite de plasticidade é descrita na NBR 7180 (ABNT, 2016), cujos procedimentos requerem que uma amostra de solo seja colocada em uma cápsula de porcelana, sob adição de água destilada, amassando, até obter uma pasta homogênea.

Após esse procedimento, coleta-se cerca de 10 g de amostra, que deverá ser moldada no formato de uma bola e rolada sobre uma placa de vidro (com uma face esmerilhada) com a palma da mão, de maneira a formar um cilindro (Figura 5). Mede-se a umidade quando o cilindro se fragmentar com diâmetro de 3 mm e com- primento de 10 cm, transferindo o material para um recipiente para determinação da umidade.

Figura 5 - O solo umedecido é rolado sobre a placa de vidro até que o cilindro se fragmente com 3 mm de diâmetro e comprimento de 10 cm Fonte: Molina Junior (2017)

Caso a amostra se fragmente antes de atingir os 3 mm, ou atinja os 3 mm sem se fragmentar, é necessário repetir o procedimento inicial de homogeneização da amos- tra e reiniciar o ensaio. A repetição do ensaio deve ocorrer, no mínimo, três vezes.

O estado de umidade quando a amostra se fragmenta é o seu limite de plasti- cidade. Com base nos resultados de umidade obtidos com a repetição do ensaio, retira-se uma média da umidade e descarta-se os valores que diferem acima de 5% dessa média.

Definidos os limites de liquidez (LL) e de plasticidade (LP), é possível obter um outro parâmetro do solo, chamado de índice de plasticidade (IP), representado pela equação:

IP= LL – LP

O índice de plasticidade deve ser expresso em % e indica a quantidade de água necessária para acrescentar no solo a fim de que ela mude do estado plástico para o estado líquido.

UNIDADE Plasticidade e Consistência dos Solos

Quanto maior o índice de plasticidade de um solo argiloso, maior será a sua plasticidade. Em um solo arenoso, considera-se o índice de plasticidade igual a não- -plástico (IP= NP).

Segundo Burmister (1949), os solos poderão ser classificados em relação a sua plasticidade em:

• (^) não-plástico: 0;
• (^) ligeiramente plástico: 1 a 5;
• (^) plasticidade baixa: 5 a 10;
• (^) plasticidade média: 10 a 20;
• (^) plasticidade alta: 20 a 40;
• (^) muito plástico: > 40.

Como vimos no início desta unidade, os limites de consistência dos solos têm relação com a estrutura cristalina do mineral. Assim, os limites de liquidez e de plasticidade apresentam valores distintos, de acordo com o argilomineral de deter- minado solo.

Mitchell e Soga (2005) atribuíram limites de liquidez e de plasticidade para di- ferentes minerais de argila. Na tabela 2 são apresentados os principais grupos de argilominerais encontrados em solos tropicais e seus respectivos índices.

Tabela 2 – Limite de liquidez e limite de plasticidade dos principais grupos de argilominerais de solos tropicais Mineral Limite de liquidez (%) Limite de plasticidade (%) Montmorilonita 100 – 900 50 – 100 Ilita 60 – 120 35 – 60 Caulinita 30 – 110 25 – 40 Fonte: Adaptado de Mitchell e Soga (2005)

Conforme verificado na tabela 2, os diferentes minerais se comportam de ma- neira distinta em relação aos seus índices de consistência, isso decorre da atividade da fração de argila do solo, tema que será discutido mais adiante.

Gráfico de plasticidade

Com base em estudos realizados por Casagrande em diversos solos naturais, foi proposto um gráfico para a classificação dos solos, considerando o índice de plasticidade e o limite de liquidez do material fino. Os solos foram divididos em 8 grupos: argilas inorgânicas de baixa, média e alta plasticidade, siltes inorgânicos de baixa, média e alta compressibilidade, argilas orgânicas e siltes orgânicos, que estão representados na figura 6.

UNIDADE Plasticidade e Consistência dos Solos

No centro da cápsula são colocados 1/3 do volume de solo necessário para enchê-la, batendo-a contra uma superfície firme. Esse procedimento deve ser re- petido até a cápsula estar completamente cheia e sem bolhas de ar, formando uma superfície plana.

Após esse procedimento, o solo deve ser secado em estufa e possuir a determi- nação do peso do solo seco contido na cápsula. O volume da pastilha seca deve ser determinado colocando a cuba de vidro dentro da placa de porcelana cheia de mercúrio e retirando a cápsula de contração, colocando-a no mercúrio. Após esse procedimento, deve-se pressionar a placa de vidro com os três pinos até que a pas- tilha mergulhe completamente no mercúrio, medindo na proveta o volume de mer- cúrio deslocado pela pastilha, que é chamado de volume de solo seco (Figura 7).

Figura 7 - Determinação do limite de contração dos solos: em (a) a vista de cima da cápsula; (b) vista lateral da cápsula com a pastilha de solo úmida; (c) vista lateral da cápsula com a pastilha de solo seca; (d) imersão da pastilha no mercúrio para determinação do volume Fonte: Molina Junior (2017)

O limite de contração é dado pela fórmula:

em que M1 = massa do solo úmido;

M2 = massa do solo seco;

Vi = volume do solo úmido;

Vf = volume do solo seco

= massa específica da água.

Além do limite de contração, é possível determinar o grau de contração de uma amostra, que consiste na razão da diferença entre o volume inicial e final da amostra pelo volume inicial expresso em porcentagem, conforme descrito por Caputo (1988):

Em que Vi = volume inicial (volume da cápsula de contração);

Vf = volume do corpo de prova após contração.

Índice de consistência dos solos

O índice de consistência estabelece a relação entre o limite de liquidez (LL) para a umidade natural (h) e o índice de plasticidade (IP). É determinado por:

A partir do valor de IC, os solos finos podem ser classificados em muito moles, moles, médios, rijos e duros, conforme a tabela 3.

Tabela 3 - Classificação do material fi no a partir dos seus índices de consistência

Classificação Índice de consistência Muito moles IC < 0 Moles 0 < IC < 0,

Médias 0,50 < IC < 0,

Rijas 0,75 < IC < 1, Duras IC > 1, Fonte: Caputo (1988)

A classificação do material fino nas classes muito moles, moles, médios, rijos e duros (tabela 3) também é utilizada para os índices de resistência à penetração do solo, de acordo com a NBR 6484 (ABNT, 2001).

Tabela 4 Ensaio Umidade (%) Nº de golpes 1 52,8 36 2 54,3 29 3 56 22 4 57 19 5 57,9 16 Fonte: Marcatto (2019).

Solução

Para definir o limite de liquidez, é necessário construir um gráfico que represente o teor de umidade no eixo Y e o nº de golpes necessários para fechar a ranhura no eixo X. A partir da construção do gráfico, obtém-se a umidade correspondente a 25 golpes, conforme o gráfico a seguir.

Figura 8 Fonte: Marcatto (2019)

Assim, a umidade correspondente ao limite de liquidez será de, aproximadamen- te, 55,5%.

2. A determinação da umidade de um cilindro de 3 mm de diâmetro, quando se fragmentava ao ser moldado, está representada na tabela a seguir.

Tabela 5

Ensaios Umidade (%) 1 32, 2 33, 3 34, 4 34, Fonte: Marcatto (2019)

Unidade Plasticidade e Consistência dos Solos

a) Qual o limite de plasticidade desse solo? b) Considerando que o limite de liquidez desse solo seja 48,3%, qual o índice de plasticidade?

Solução:

a) Para determinar o limite de plasticidade, calcula-se um valor médio da umida- de obtida nas repetições do ensaio. Assim:

LP = (32,8 + 33,4 +34,1 + 34,4)/

LP = 33,675%

Como é necessário desconsiderar os valores que estiverem acima ou abaixo de 5% dessa média, temos:

33,675 + 5% = 35,36%

33,675 - 5% = 31,99%

Como os resultados de umidade estão entre o intervalo de do valor médio, o limite de plasticidade será 33,675%, não sendo necessário descartar nenhum valor de umidade obtido com as repetições.

b) O índice de plasticidade é dado por IP = LL - LP

IP = 48,3 - 33,67 = 14,6%

3. Uma amostra de um solo residual fino foi utilizada para a determinação do limite de contração do solo. O peso úmido da amostra contida na cápsula de porcelana foi de 66,3 g, com volume de 28,7 cm³, e o peso seco de 51,7 g, com volume de 19,2 cm³. Qual o limite de contração dessa amos- tra?

Solução:

O limite de contração é dado por:

LC = (M1 - M2)/M2 × (100) - (Vi - Vf)/M2 × (ya) × (100)

M1 = 66,3g

M2 = 51,7g

Vi = 28,7%

Vf = 19,2%