UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG

CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS - CTRN

UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL – UAEC

DISCIPLINA: MECÂNICA DOS SOLOS EXPERIMENTAL

LIMITES DE CONSISTÊNCIA

Professora: Veruscka Escarião D. Monteiro

Assistente: Conrado

Estagiário de docência: Rômulo

Grupo 04: Diva Guedes

Elis Gean

Iarly Vanderlei

Jeovanesa Regis

Campina Grande, 03 de julho de 2013

LISTA DE FIGURAS

Figura 01: Limites de consistência de Atteberg.

Figura 02- Aparelho de Casagrande

Figura 03 - Carta de plasticidade de Casagrande

Figura 04 – Amostra de solo passada na Peneira de 0,42 mm

Figura 05 – Aparelho de Casagrande

Figura 06– Amostra + Água destilada

Figura 07 – Amostra colocada no Aparelho de Casagrande

Figura 08 – Medição com Gabarito a altura da Amostra

Figura 09 – Ranhura na Amostra com o Cinzel

Figura 10 – Funcionamento do Aparelho para fechar a ranhura

Figura 11 – Nº de Golpes dados na Amostra da Cápsula 38

Figura 12 – Retirada de parte da Amostra para pesagem e para Estufa

Figura 13 – Pesagem da Cápsula 12 com parte da Amostra

Figura 14 – Modelagem do Solo em forma de bola

Figura 15 – Formação do Cilindro com as mãos

Figura 16 – Comparação do diâmetro da amostra com o Gabarito

Figura 17 – Amostra dividida em três partes

Figura 18 – Pesagem da Amostra da Cápsula 24

Figura 19- Gráfico do número de golpes versus o teor de umidade

LISTA DE TABELAS

Tabela 1- Valores obtidos no ensaio de limite de liquidez

Tabela 2–Valores obtidos no ensaio de limite de Plasticidade

Tabela 3 – Classificação dos solos segundo Jerkins

ÍNDICE

Sumário

1. INTRODUÇÃO.............................................................................................................5

1.1.Justificativa..............................................................................................................6

1.2. Objetivos.................................................................................................................6

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA......................................................................................6

3. MATERIAIS E MÉTODOS..........................................................................................9

3.1. Materiais utilizados.................................................................................................9

3.1.1. Ensaio de Limite de Liquidez..........................................................................9

3.1.2. Ensaio de Limite de Plasticidade.....................................................................9

3.2. Métodos................................................................................................................10

3.2.1. Limite de Liquidez.........................................................................................10

3.2.2. Limite de Plasticidade....................................................................................13

4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS..........................................................................15

4.1. Limite de Liquidez...............................................................................................15

4.2. Limite de Plasticidade...........................................................................................16

5. CONCLUSÕES...........................................................................................................18

5.1 Limite de Liquidez.................................................................................................18

5.2. Limite de Plasticidade...........................................................................................18

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................20

1. INTRODUÇÃO

Os solos são identificados por sua textura, composição granulométrica,

plasticidade, consistência, entre outras propriedades que auxiliam sua identificação. Mas

segundo PINTO (2002) só a distribuição granulométrica não é suficiente para

caracterizar bem o comportamento dos solos sob o ponto de vista da engenharia. Por

isso se faz um estudo do índice de consistência, pois a fração fina do solo correspondem

as maiores superfícies específicas, podendo chegar a 300 m² / cm³.

De acordo com CAPUTO (2003) a plasticidade é normalmente definida como

uma propriedade dos solos, que consiste na maior ou menor capacidade de eles serem

moldados, sob certas condições de umidade, sem variação de volume. Trata-se de uma

das mais importantes propriedades das argilas.

Além disso, a plasticidade é uma das características mais importantes da

engenharia, pois o comportamento plástico dos materiais fundamenta-se em

determinadas tensões e deformações.

Em 1911, foram definidos pelo cientista sueco A. Atterberg certos limites que

delimitam o intervalo de consistência do solo, denominados limite de liquidez e de

plasticidade. A consistência pode ser: líquida, quando o solo estiver submetido a muita

umidade; plásticas; semi sólidas e sólidas, na medida em que o teor de umidade for

reduzido. O método mais utilizado para determinação do teor de liquidez é o

padronizado por Arthur Casagrande, que utiliza o aparelho de sua própria autoria e é

normatizado pela NBR 6459. O ensaio de limite de plasticidade é normatizado pela

NBR 7180.

O experimento que trata de ensaios de Limite de Liquidez e Plasticidade foi

realizado no dia 1 de julho de 2013, no laboratório de solos I, localizada no bloco BK,

na Universidade Federal de Campina Grande, fazendo parte do conteúdo da disciplina

Mecânica dos Solos Experimental I, ministrada pela profª. Drª. Veruschka Escarião.

Para a realização desse experimento foi usada amostra de solo residual, retirada da

jazida Boa Vista.

1.1.Justificativa

Em nosso experimento foram analisados os limites de liquidez e plasticidade que

são muito importante para um profissional de engenharia, pois a partir deles é possível

determinar os limites de consistência, índices de compressão, índices atividades entre

outros índices das argilas que possuem grande importância para a avaliação dos solos

para a construção de estradas, e usos em fundações entre outras aplicações.

1.2. Objetivos

O ensaio apresentado nesse relatório tem por objetivo determinar os limites de

consistência de liquidez através do aparelho casa grande e o limite de plasticidade

determinado pelo método de comparação com um gabarito cilíndrico. Com os

resultados obtidos calcula-se o seu respectivo índice de plasticidade.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Os teores de umidade limites entre os vários estados de consistência dos solos

argilosos são chamados limites de consistência de Atterberg, são determinados

empiricamente, sendo denominados: limite de contração, LC, limite de plasticidade, LP,

e limite liquidez LL, como pode ser visto na figura 1.

Figura 1: Limites de consistência de Atterberg

• LL – limite de liquidez – umidade correspondente a pequena resistência ao cisalhamento;

• LP – limite de plasticidade;

• LC – limite de contração;

• IP - índice de plasticidade,IP (%) = LL – LP.

A passagem de um estado para outro ocorre de forma gradual de acordo com a

variação do teor de água do solo (teor de umidade). Cada estado de consistência do solo

se caracteriza por algumas propriedades particulares, as quais são apresentadas a seguir:

Estado Sólido: Dizemos que um solo está em um estado de consistência sólido

quando o seu volume “não varia” por variações em sua umidade.

Estado Semi – Sólido: O solo apresenta fraturas e se rompe ao ser trabalhado. O

limite de contração, LC, separa os estados de consistência sólido e semi−sólido.

Estado Plástico: Dizemos que um solo está em um estado plástico quando

podemos moldá−lo sem que o mesmo apresente fissuras ou variações

volumétricas. O limite de plasticidade, LP, separa os estados de consistência

semi−sólido e plástico.

Estado Líquido: Quando o solo possui propriedades e aparência de uma

suspensão, não apresentando resistência ao cisalhamento, o solo flui entre os

dedos. O limite de liquidez, LL, separa os estados plástico e líquido.

De acordo com Jenkins:

• IP = 0 à não plástico

• 1 < IP < 7 à pouco plástico

• 7 < IP < 15 à medianamente plástico

• IP > 15 à altamente plástico

Limite de Liquidez (LL)

É a fronteira entre o estado líquido e o estado plástico. Sua obtenção é foi padronizada por Casagrande e é obtida através de um aparelho que leva o seu nome (aparelho de Casagrande).

Aparelho de Casagrande

Figura 2: Aparelho de Casagrande

A técnica do ensaio consiste em se colocar na concha do aparelho uma pasta de solo que passou na #40. Faz-se com o cinzel uma ranhura e, em seguida, gira-se a manivela fazendo com que a concha caia em queda livre e bata contra a base do aparelho. Conta-se o número de golpes para que a ranhura se feche, numa extensão de 12 mm e, em seguida, determina-se o teor de umidade. O processo é repetido para vários valores de umidade. Os valores são plotados num gráfico semilogarítmico umidade X nº. de golpes, obtendo-se uma reta média por entre os pontos. Por fim, o teor de umidade correspondente a 25 golpes é o Limite de Liquidez (LL).

Limite de plasticidade (LP)

É definido como o teor de umidade no qual o solo começa a deixar de ser plástico, tornando-se quebradiço quando se tenta moldá-lo; é a umidade de transição entre os estados plástico e semissólido do solo. Em laboratório o LPé obtido determinando-se o teor de umidade no qual um cilindro de um solo com 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento apresenta fissuras.

Gráfico de plasticidade

As características e físicas mais importantes, os solos finos podem ser divididos

em 8 grupos: Argilas inorgânicas de alta, média, e baixa plasticidade; solos siltosos

inorgânicos de alta, média e baixa compressibilidade; argilas orgânicas e siltes

orgânicos. A classificação dos solos de um destes grupos, podem ser feitas de uma

maneira muito simples, por meio do gráfico de Plasticidade. (CAPUTO, 1988).

Os resultados de pesquisas realizados por Arthur Casagrande permitiram a

elaboração de um gráfico (Figura2), que serve para a classificação de um solo segundo

as suas propriedades plásticas.

Os limites de Atterberg e os índices associados são empregados na identificação

e classificação dos solos. Frequentemente os limites são utilizados para controlar os

solos e em métodos semi-empíricos de projeto.

Figura 3: Carta de plasticidade de Casagrande

Limite de contração (LC) é o teor de umidade a partir do qual reduções de umidade

não acarretam redução do volume da amostra, é o teor de umidade onde ocorre a

transição entre o estado de consistência sólida e semissólida. Também representa a

quantidade de água requerida para saturar o solo - S=100%.

Por falta de aparelhagem não foi possível realizar o ensaio de Limite de

Contração do solo estudado.

Estado Líquido: Quando o solo possui propriedades e aparência de uma

suspensão, não apresentando resistência ao cisalhamento, o solo flui entre os

dedos. O limite de liquidez, LL, separa os estados plástico e líquido.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

1.1 Materiais Gerais

3.1.1. Limite de Liquidez

Estufa capaz de manter a temperatura entre 105ºC – 110ºC e entre 60 ºC – 65 ºC;

Cápsula de Porcelana;

Espátula;

Cinzel com gabarito de 1 cm;

Balança (com capacidade de 1,5 kg);

Gabarito para verificação de altura;

Esfera de aço com 8 mm de diâmetro;

Aparelho de Casagrande;

Recipientes adequados, tais como pares de vidros de relógio com grampo, que

evitem a perda de umidade da amostra.

3.1.2. Limite de Plasticidade

Estufa capaz de manter a temperatura entre 105ºC – 110 ºC e entre 60ºC – 65 ºC;

Cápsula de Porcelana;

Espátula;

Placa de vidro fosco;

Balança (com capacidade de 1,5 kg);

Gabarito Cilíndrico para comparação, com 3 mm de diâmetro e cerca de 100 mm

de comprimento;

Recipientes adequados, tais como pares de vidros de relógio com grampo, que

evitem a perda de umidade da amostra.

3.2. Execução dos ensaios

Procedimento

Para preparo das amostras segue-se a norma da NBR 6457, item 5.1.3, onde

descreve asobre preparação de amostras para ensaios Limites de Plasticidade e

Liquidez.

No laboratório, o técnico Conrrado nos encaminhou para a realização do

experimento. Para início, coleta-seuma certa quantidade de amostra de solo, logo após,

desmancha-se os torrões para haver umahomogeneização.

Após a coleta e homogeneização da amostra, faz-se o peneiramento na malha

0,42 mm deuma fração da amostra. A partir desse peneiramento retira-se 200 g do solo

que passou na malhapara ser utilizada nos demais ensaios.

3.2.1. Limite de Liquidez

Colocar a amostra na cápsula de porcelana, adicionar água destilada em

pequenos incrementos, amassando e revolvendo, vigorosa e continuamente com auxílio

da espátula, de forma a obter uma pasta homogênea, com consistência tal que sejam

necessários cerca de 35 golpes para fechar a ranhura. O tempo de homogeneização deve

estar compreendido entre 15 e 30 minutos, sendo maior intervalo de tempo para solos

mais argilosos.

Após isso, transfere-se parte da amostra para concha moldando-a para que a

parte central obtenha a espessura de 1cm. Essa espessura é medida através de um

gabarito.

Com auxílio do cinzel faz-se uma ranhura na parte simétrica da amostra. Logo

após encostasse a concha sobre a plataforma de apoio.

Com isso faz-se uma sequência uniforme de giros no apoio do aparelho. O

processomantém-se constante até que as duas partes de solo entrem em contato com 1,3

cm. A quantidade degiros é contada e anotada. Retira-se parte da amostra que se

contatou e coloca-se na cápsula onde épesada e que logo após é colocada na estufa. O

processo se repete por quantas vezes achar necessário,claro que fica evidente sua

precisão com um maior número ensaios. No nosso experimento nós realizamos cinco

vezes o ensaio.

A partir dos dados obtidos constrói-se um gráfico no qual as ordenadas (em

escala logarítmica) são os números de golpes e as abcissas (em escala aritmética) são os

teores de umidade correspondentes e ajustar uma reta pelos pontos assim obtidos.

Obtivemos na reta o teor de umidade correspondente a 25 golpes, que é o Limite de

Liquidez.

Acompanhamento Fotográfico

FIGURA 6 – Amostra + Água destilada da Amostra

FIGURA 7 – Amostra colocada no Aparelho de Casagrande

FIGURA 4: Amostra de Solo passada na Peneira de 0,42 mm

FIGURA 5: Aparelho de Casagrande

3.2.2. Limite de Plasticidade

Após o ensaio de determinação do teor de liquidez a amostra que sobrou foi utilizada

para o ensaio de determinação do Limite de Plasticidade.

O processo inicializa-se retirando uma porção da amostra e faz-se a modelagem do

mesmosemelhante a uma bola pequena. Essa amostra é colocada no recipiente de vidro-

fosco e com apalma da mão aplica-se uma pressão para que a amostra tome a forma

achatada.

Logoapós retira-se uma amostra suficiente para que através de movimento com a palma

das mãos possater seu formato alterado para cilíndrico, sendo o diâmetro maior que o

gabarito(molde).

FIGURA 8: Medição com Gabarito da altura da Amostra

FIGURA 9: Ranhura na Amostra com o Cinzel

FIGURA 10: Funcionamento do Aparelho para fechar a ranhura da Amostra

FIGURA 11: Nº de Golpes dados na Amostra da Cápsula 38

FIGURA 12: Retirada de parte da Amostra para pesagem e para Estufa

FIGURA 13: Pesagem da Cápsula 12

Faz-se movimentos de vai e vem sobre a amostra com a palma das mãos aplicando

umacerta pressão para que se diminua o diâmetro do cilindro e quando atinge a

espessura semelhante equando sente-se semelhança entre os diâmetros da amostra e do

gabarito para-se de aplicar força.

Em minutos a amostra começa a se romper. Para que interrompa o ensaio é

necessárioesperar que a amostra divida-se em três partes. Quando ocorrido coloca-se

rapidamente a amostrana cápsula, pesa-se e coloca-a na estufa nas temperaturas

variantes entre 60 e 65ºC durante 24horas.

Com os dados obtidos, calculamos o Limite de Plasticidade. E, com o Limite de

Liquidez e Plasticidade, calculamos o Índice de Plasticidade.

Acompanhamento Fotográfico

FIGURA 14: Modelagem do Solo em forma de bola

FIGURA 15: Formação do Cilindro com as mãos forma de bola

FIGURA 16: Comparação do diâmetro da amostra com o gabarito

FIGURA 17: Amostra dividida em três partes

4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS

4.1. Limite de Liquidez

Para o ensaio de Limite de Liquidez, os dados obtidos no ensaio podem ser

vistos na tabela 1.

Tabela 1- Valores obtidos no ensaio de limite de liquidez

CÁPSULA 18 02 13 04 19

N⁰ DE GOLPES 13 27 39 51 63

PESO BRUTO ÚMIDO (G) 12,20 11,34 13,25 12,10 13,05

PESO BRUTO SECO (G) 10,37 9,80 11,62 10,44 11,13

TARA (G) 7,05 6,91 8,53 7,25 7,21

PESO DA ÁGUA (G) 1,83 1,54 1,63 1,66 1,92

PESO DO SOLO SECO (G) 3,32 2,89 3,09 3,19 3,92

UMIDADE (%) 55,12 53,28 52,75 52,03 48,97

Com base na norma que estabelece o experimento encontramos o gráfico do

número de golpes versus o teor de umidade para determinar o limite de liquidez, como

pode ser visto na Figura 9 abaixo.

FIGURA 18: Pesagem da Amostra da Capsula

10 20 30 40 50 60 7044

46

48

50

52

54

56

LIMITE DE LIQUIDEZ

NÚMERO DE GOLPES

TEO

R DE

UM

IDAD

E (%

)

Figura 17- Gráfico do número de golpes versus o teor de umidade

Pelo gráfico mostrado acima podemos observar que, com 25 golpes o Limite de

Liquidez do solo é de aproximadamente 53,7%, seguindo a NBR 6459, aproximamos

para o inteiro mais próximo, assim LL= 54%.

4.2. Limite de Plasticidade

A tabela 2 contém os valores experimentais de Peso bruto úmido, Peso bruto seco,

tara da cápsula, Peso da água, Peso do solo e Umidade referentes ao ensaio de

Laboratório para a determinação dos limites de plasticidade:

Tabela 2–Valores obtidos no ensaio de limite de Plasticidade

Nº CÁPSULA 08 25 09 07 21

PESO BRUTO ÚMIDO 8,22 8,34 8,69 8,71 9,18

PESO BRUTO SECO 7,95 7,95 8,31 8,31 8,82

TARA DA CÁPSULA 7,25 6,93 7,19 7,16 7,79

PESO DA ÁGUA 0,27 0,39 0,38 0,4 0,36

PESO DO SOLO SECO 0,7 1,02 1,12 1,15 1,03

UMIDADE (%) 38,57 38,23 33,92 34,78 34,95

O cálculo do limite de plasticidade é feito através da média dos valores

correspondentes às umidades, assim temos:

LP = (38,57 + 38,23+ 33,92 + 34,78 + 34,95)/5 = 36,09% = 36%

Os valores obtidos nos Ensaios de Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade

são necessários para obter-se o Índice de Plasticidade (IP), no qual classifica a amostra

de solo. Segundo a NBR 7180 para calcular o IP utiliza-se da fórmula:

IP=¿−LP=54−36=18 %

No qual:

IP = Índice de Plasticidade

LL = Limite de Liquidez

LP = Limite de Plasticidade

O índice de plasticidade determina o caráter de plasticidade de um solo, assim,

quando maior o “IP”, tanto mais plástico será o solo. Sabe-se, ainda, que as argilas são

tanto mais compressíveis quando maior for o “IP”. Fisicamente representa a quantidade

de água que seria necessário a acrescentar a um solo, para que ele passasse do estado

plástico ao líquido.

Segundo Jenkins, os solos poderão ser classificados em:

Tabela 3 – Classificação dos solos segundo Jerkins

Não plásticos IP = 0

Fracamente plásticos 1 < IP ≤7

Medianamente plásticos 7 < IP ≤15

Altamente plásticos IP > 15

5. CONCLUSÕES

5.1 Limite de Liquidez

O ensaio foi realizado obedecendo em parte às normas de execução

recomendadas. O laboratorista executou o ensaio utilizando-se de sua prática

laboratorial. O passo a passo das normas não foi seguido como deve. O ensaio foi

executado para a turma apenas como forma demonstrativa, isso pode ter levado a alguns

erros que alteraram os resultados finais.

5.2. Limite de Plasticidade

De acordo com as exigências da norma o Valor da média é aproximado ao seu

máximo chegando assim ao valor de 36 %.Portanto tem-se um valor que entra nos

limites estabelecidos pela norma, na qual é 5%, sendo assim satisfatório os resultados

obtidos.

Os valores obtidos nos Ensaios de Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade

são necessários para obter-se o Índice de Plasticidade(IP), qual classifica a amostra de

solo.

O valor do IP = 18% denota um solo altamente plástico.

Pela Carta de plasticidade de Casagrande a amostra refere-se a siltes orgânicos e

inorgânicos e siltes-argilas.

Os valores destoantes indicam os erros, já comentados, nos procedimentos para a

determinação do limite de plasticidade.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Solo-

Determinação do Limite de Plasticidade.NBR 7180. Rio de Janeiro, 1984.

ABNT- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Solo-

Determinação do Limite de Liquidez.NBR 6459. Rio de Janeiro, 1984.

ABNT- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Amostras

de solo-Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Item 5.1.3.

NBR 6457.Rio de Janeiro, 1986.

CAPUTO, H. O. (1977). Mecânica dos solos e suas aplicações. Livros técnicos

e científicos editora, 5 ed.

PINTO,C.D.Curso Básico de Mecânica dos Solos. São Paulo,2006.3ed.Oficina

de textos.

VASCONCELOS, R. F. B; CANTALICE, J. F. B.; SILVA, A. J. N..

OLIVEIRA, V. S.;SILVA, Y. J. A. B. (2010). Limites de consistência e propriedades

químicas de um latossolo amarelo distrocoesosob aplicação de diferentes resíduos

da cana-de-açúcar. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/rbcs/v34n3/05.pdf>.

Acesso em: 19 de fevereiro de 2013.